ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: Thiết kế hệ thống điều chỉnh và giám sát tốc độ cho động cơ không đồng bộ 3pha rôto lồng sóc công suất 0,18kW sử dụng biến tần và PLC S71200

Thiết kế hệ thống điều chỉnh và giám sát tốc độ cho động cơ không đồng bộ 3pha rôto lồng sóc công suất 0,18kW sử dụng biến tần và PLC S71200ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Hà Nội, Ngày Tháng Năm

Giáo Viên

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Hà Nội, Ngày Tháng Năm

Giáo Viên

MỤC LỤC

Chương I : CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH VÀ ĐO TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ

KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 8

1.1Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ 8

1.1.1 Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha bằng cách thay đổi tần số nguồn 8

1.2Phương pháp đo tôc độ động cơ 9

1.2.1Bộ mã hóa vòng quay Encordor 9

1.3Động cơ một chiều 16

1.4Tổng kết chương 17

Chương II :NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ CÁC THAM SỐ CỦA BIẾN TẦN LS IC5 18

2.1Tìm hiểu về biến tần LS IC5 18

2.1.1Khái niệm 18

2.2Đặc điểm kĩ thuật cơ bản của biến tần 19

2.2.1Đặc điểm kỹ thuật 19

2.2.2Điều khiển 20

2.2.3Hoạt động 20

2.2.4Các chức năng bảo vệ 21

2.2.5Màn hình lắp rời 22

2.2.6Môi trường 22

2.2.7Sơ đồ đấu nối 23

2.2.8Sơ đồ chân dấu 24

2.2.9Bàn phím 26

2.3Các thông số chương trình 26

2.3.1Nhóm thông số 26

2.3.2Các nhóm tham số 27

2.3.3Các thông số trong nhóm điều khiển 28

2.3.4Các bước cài đặt lệnh tần số trong nhóm điều khiển 29

2.4Các thông số của biến tần 30

2.5Kiểm tra và sử lý sự cố 50

2.6Tổng kết chương 53

Chương III : LẬP TRÌNH ĐIỀU CHỈNH VÀ GIÁM SÁT TÔC ĐỘ CHO HỆ THỐNG 54

3.1Giới thiệu về PLC SIMATIC S7 -1200 54

3.1.1Lịch sử phát triển của PLC 54

3.1.2Bộ điều khiển lập trình PLC-1200 57

3.1.3Nạp chương trình mẫu cho PLC S7 1200 69

3.2Khối hàm FC 74

3.3Bộ đếm tốc độ cao HCS 75

3.3.1Khái niệm: 75

3.3.2Hoạt động của bộ đếm tốc độ cao: 75

3.3.3Cấu hình cho HSC 78

3.3.4Lệnh CTRL_HSC 82

3.4Khối hàm PID 84

3.5Chương trình điều khiển 89

3.5.1.1Chương trình chính 90

3.6Tổng kết chương III 91

Chương IV : THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CHO HỆ THỐNG 92

4.1Tổng quan về WinCC 92

4.1.1Cấu trúc của Control Center 93

4.1.2Tạo một dự án: 95

4.2Thiết kế giao diện điều khiển giám sát trên WinCC RT Professional 96

4.2.1Thiết lập kết nối PLC S7-1200 và WinCC 96

4.2.2Thiết kế giao diện giám sát trên WinCC RT Professional 99

4.2.3Màn hình giám sát sau khi hoàn thành: 101

4.3Tổng kết chương 101

Chương V : XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ .102

5.1Xây dựng mô hình thực nghiệm 102

5.1.1Chức năng của các thiết bị trong mô hình 102

5.1.2Sơ đồ đấu nối 103

5.2Một số hình ảnh thực tế và kết quả mô phỏng 103

5.3Kết quả 104

5.4Phương hướng phát triển để tài 105

5.5Tổng kết chương 105

LỜI NÓI ĐẦU

Nước ta đang trong quá trình phát triển cùng với nền kinh tế thế giời Điều nàyđòi hỏi các xí nghiệp cần đẩy mạnh ứng dụng khoa học kỹ thuật vào quá trình sảnxuất, hạ giá thành sản phẩm mới có thể cạnh tranh và có chỗ đứng trên thị trường

Để làm được việc này thì các nhà máy, xí nghiệp ngoài việc cải cách cơ cấu cònphải tăng năng suất lao động Vì thế tự động hóa toàn bộ quá trình sản xuất trởthành chiến lược quanh trọng nhất

Để thực hiện công việc một cách khoa học nhằm đáp ứng nhanh và hiệu quả

về kinh tế Các nhà máy sản xuất thường sử dụng công nghệ lập trình PLC Hệthống giám sát, cảnh báo tự động dùng PLC làm giảm sức lao động của công nhân

mà lại đạt độ chính xác cao, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật

Việc lựa chọn và tích hợp hệ thống là một việc vô cùng quan trọng đối với kỹ

sư tự động hóa Vì vậy để giải quyết vấn đề trên thì nhóm thực hiện nghiên cứu mộtgiải phát thiết kế một hệ thống điều chính và giám sát tốc độ cho động cơ khôngđồng bộ 3 pha rôto lồng sóc sử dụng biến tần PLC S7-1200

Mục đích của hệ thống là giúp chúng ta có thể đo lường và giám sát về tốc độcủa động cơ Ta có thể điều khiển tốc độ và hiển thị giá trị đo lường được trên máytính

Việc giải quyết vấn đề trên chính là nội dung yêu cầu của đồ án tốt nghiệp với

nội dung : “ Thiết kế hệ thống điều chỉnh và giám sát tốc độ cho động cơ không đồng bộ 3pha rôto lồng sóc công suất 0,18kW sử dụng biến tần và PLC S7-

cơ không đồng bộ 3pha , giới thiệu nguyên lý hoạt động encodor

Chương 2 : Giới thiệu nguyên lý hoạt động và các tham số của bộ biến tần : Giới thiệu về nguyên lý hoạt độn của biến tần sử dụng trong hệ thống.

Chương 3 : Lập trình điều chỉnh và giám sát tốc độ cho hệ thống : Tổng

quan Tia Portal v13 và Lập trình điều trỉnh và giám sát trên máy tính

Chương 4 : Thiết kế giao diện điều khiển giám sát cho hệ thống : Tổng

quan Wincc Runtime Professionnal và thiết kế giao diện trên máy tính

Chương 5 : Xây dựng mô hình thực nghiệm và đánh giá kết quả : Thiết kế

mô hình thực nghiệm

Mặc dù chúng em đã cố gắng tìm hiểu để hoàn thành Đồ án, song vì kiến thứccòn hạn hẹp và chưa có nhiều kinh nghiệm thực tế nên không tránh khỏi sai sót, rấtmong được sự bổ sung và góp ý của thầy cô và các bạn để Đồ án của chúng emđược hoàn thiện hơn Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo và các thầy côtrong bộ môn đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ để chúng em hoàn thành đồ án này

Chương I : CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH VÀ ĐO TỐC ĐỘ ĐỘNG

CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA

I.1 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ

Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện trở phụ trong mạch rotor

Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp stato

Điều chỉnh bằng cách thay đổi số đôi cực từ

Điều chỉnh bằng cuộn kháng bão hòa

Điều chỉnh bằng phương pháp nối tầng

Điều chỉnh bằng cách thay đổi tần số nguồn vào

Trong các phương pháp trên thì phương pháp điều chỉnh bằng cách thay đổitần số cho phép điều chỉnh cả momen và tốc độ với chất lượng cao nhất, đạt đếnmức độ tương đương như điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều bằng cách thay đổiđiện áp phần ứng Sau đây em xin giới thiệu về phương pháp điều chỉnh tốc độđộng cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi tần số nguồn vào

I.1.1 Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha bằng cách thay đổi tần

số nguồn.

Thay đổi tần số nguồn cấp cho động cơ là thay đổi tốc độ không tải lý tưởngnên thay đổi được đặc tính cơ Tần số càng cao thì tốc độ động cơ càng lớn Khiđiều chỉnh tần số nguồn cấp cho động cơ thì các đại lượng liên quan đến tần số nhưcảm kháng thay đổi, do đó dòng điện, từ thông của động cơ cũng bị thay đổi theo vàcuối cùng các đại lượng như độ trượt tới hạn, momen tới hạn cũng bị đổi Chính vìvậy điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng phuơng phảp thay đổi tần sốnguồn thường kéo theo thay đổi điện áp, dòng điện hoặc từ thông mạch stator Khi giảm tần số xuống dưới tần số định mức, cảm khảng của động cơ cũnggiảm và dòng điện động cơ tăng lên Tần số giảm dòng điện càng lớn momen tớihạn càng lớn Để tránh động cơ bị quá dòng ta phải tiến hành giảm điện áp sao cho

U

f const Đó là luật điều chỉnh tần số - điện áp Khi f >f dm ta không thể tăng điện ảp

U › U dm nên đặc tính cơ không giữ được momen tới hạn

Thay đổi tần số nguồn đuợc thực hiện bằng bộ biến tần Khi thay đổi tần sốngười ta mong muốn giữ cho từ thông f max không đổi, cho nên phải giữ cho tỷ sốđiện áp và tần số không đổi Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi tần số nguồn cho phépđiều chình tốc độ một cách bằng phẳng trong phạm vi rộng và cho cả nhóm động

cơ, song giá thành tương đối đắt

Đây cũng là phương pháp mà nhóm em sử dụng trong đồ án tốt nghiệp này.Việc điều chỉnh giá trị tần số cấp cho động cơ được thực hiện nhờ biến tần LS ic5

I.2 Phương pháp đo tôc độ động cơ

Tốc độ động cơ là một thông số rất quan trọng chứa đựng nhiều thông tin phảnanh toàn diện tình trạng làm việc của động cơ Dựa vào tốc độ động cơ và thông quahệt thống chẩn đoán người ta có thể biết được tình trạng làm việc của động cơ.Tốc độ của động cơ có thứ nguyên là số vòng/1 phút nó là một đại lượng vật

lý không mang đặc trưng của đại lượng điện vậy để đo được tốc độ quay của mọiđộng cơ nói chung cũng như động cơ điện nói riêng người ta phải biến đổi nó ramột đại lượng khác để phù hợp và tiện lợi đồng thời đáp ứng được cấp chính xáctheo yêu cầu của công việc

Trong quá khứ việc ứng dụng của cơ học và quang học đã giúp ích cho kỹthuật đo lường Hiện tại và tương lai với tốc độ phát triển ngày một hoàn thiện hơncủa ngành điện kể cả về lý thuyết và những công nghệ cao trong kỹ thuật điện tử thìđiện tử đã góp rất nhiều trong sự phát triển cho thiết bị đo lường Các đại lượng điện

và không điện được cảm biến đo lường chuyển đổi sang tín hiệu điện Các tín hiệunày được các mạch điện tử chế biến cho phù hợp với mạch đo, mạch thu thập dữliệu đo lường

I.2.1 Bộ mã hóa vòng quay Encordor

Encoder là đo lường dịch chuyển thẳng hoặc góc Đồng thời chuyển đổi vị trígóc hoặc vị trí thẳng thành tín hiệu nhị phân và nhờ tín hiệu này có thể xác địnhđược vị trí trục hoặc bàn máy Tín hiệu ra của Encoder cho dưới dạng tín hiệu số.Encoder được sử dụng làm phần tử chuyển đổi tín hiệu phản hồi trong các máyCNC và robot Trong máy công cụ điều khiển số, chuyển động của bàn máy đượcdẫn động từ một động cơ qua vít me đai ốc bi tới bàn máy Vị trí của bàn máy cóthể xác định được nhờ encoder lắp trong cụm truyền dẫn

Hình 1 : Encoder tương đối và Encodor Tuyệt đốiEncoder được chia làm 2 loại absolute encoder (encoder tuyệt đối) sử dụng đĩatheo mã nhị phân hoặc mã Gray Incremental encoder (encoder tương đối) có tínhiệu tăng dần hoặc theo chu kỳ Đối với loại encoder tuyệt đối thì tín hiệu ta nhậnđược chỉ rõ ràng vị trí encoder, chúng ta không cần sử lý gì thêm vẫn biết được vịchí chính xác của encoder Còn với encoder tương đối thì có 1,2 đến 3 vùng lỗ, cứmỗi lần quay được một vòng sẽ nhận được tín hiệu và ta biết được đĩa quay được 1vòng Nếu bây h trên đía có nhiều lỗ hơn thì ta sẽ có những thông tin chi tiết hơn.Đĩa quay ¼ vòng,1/8 hay 1/n vòng tùy theo số lỗ nằm trên encoder

I.2.1.1 Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý cơ bản của encoder, đó là một đĩa tròn xoay, quay quanh trục Trênđĩa có các lỗ (rãnh) Người ta dùng một đèn led để chiếu lên mặt đĩa Khi đĩa quay,chỗ không có lỗ, đèn led không chiếu xuyên qua được Chỗ có lỗ, đèn led sẽ chiếuxuyên qua Khi đó, phía mặt bên kia của đĩa, người ta đặt một con mắtthu( photosensor) Với các tín hiệu có hoặc không có ánh sáng chiếu qua, người taghi nhận được đèn led có chiếu qua lỗ hay không

Khi trục quay, giả sử trên đĩa chỉ có một lỗ duy nhất, cứ mỗi lần con mắt thunhận được tín hiệu đèn led, thì có nghĩa là đĩa đã quay được một vòng Đây lànguyên lý rất cơ bản của encoder Tuy nhiên, những vấn đề được đặt ra là làm sao

để xác định chính xác hơn vị trí của đĩa quay (mịn hơn) và làm thế nào để xác địnhđược đĩa đang quay theo chiều nào? Đó chính là vấn đề để chúng ta tìm hiểu vềencoder

Hình 2 : Cấu tạo chungTrong hình có một đĩa mask, không quay, đó là đĩa cố định Thực ra là để chekhe hẹp ánh sáng đi qua, giúp cho việc đọc encoder được chính xác hơn mà thôi.Chúng tôi không để cập đến đĩa này ở đây Vấn đề chúng ta sẽ quan tâm ở đâychính là vấn đề về độ mịn của encoder Có nghĩa là làm thế nào biết đĩa đã quay 1/2vòng, 1/4 vòng, 1/8 vòng hay 1/n vòng, chứ không phải chỉ biết đĩa đã quay đượcmột vòng

I.2.1.2 Encoder tuyệt đối

Encoder kiểu tuyệt đối, kết cấu gồm các phần sau:

Bộ phát ánh sáng (LED phát),

Đĩa mã hóa (chứa các dải băng mang tín hiệu)

Một bộ thu ánh sáng nhạy với ánh sáng từ bộ phát (bộ thu thường làphotosensor)

Hình 3 : Cấu tạo Của Encoder tuyệt đốiĐĩa mã hóa được chế tạo từ vật liệu trong suốt Người ta chia mặt đĩa thànhcác góc đều nhau và các đường tròn đồng tâm Các đường tròn đồng tâm và bánkính giới hạn các góc hình thành các phân tố diện tích Tập hợp các phân tố diệntích cùng giới hạn bởi hai vòng tròn đồng tâm gọi là dải băng Số dải băng trên mặtđĩa tùy thuộc khả năng công nghệ, ứng với một dải băng ta có một đèn LED và mộtphotosenser Trên các dải băng, các diện tích phân tố có phân tố trong suốt (ánhsáng có thể xuyên qua được) và cũng có phân tố được phủ lên một lớp mà ánh sángkhông thể chiếu xuyên qua được Sự trong suốt và không trong suốt đặc trưng đặctính của các phân tố.

Nguyên lý hoạt động

Ba bộ phận quan trọng nhất cấu thành encoder tuyệt đối là đèn LED, đĩa mãhóa và các photosensor Ánh sáng được chiếu từ đèn LED qua đĩa mã hóa đến cácphotosensor Số đèn LED bằng với số dải băng (hay còn gọi là vòng lỗ) trên đĩa mãhóa và cũng bằng với số photosensor ( hoặc cũng có thể dùng một đèn LED nhưngcông suất của đèn này phải lớn, ánh sáng của nó phải chiếu phủ hết các dải băngtrên đĩa mã hóa) Trên encoder, đèn LED, dải băng và photosensor phải sắp xếpnằm trên một đường thẳng Đèn LED và photosensor được gắn cố định trên vỏencoder

Còn đĩa mã hóa thì quay quanh trục mang các tín hiệu mã hóa nhằm xác địnhgóc quay Khi ánh sáng từ nguồn sáng chiếu tới đĩa mã hóa, nếu đối diện với tiasáng là vùng diện tích trong suốt, ánh sáng xuyên qua đĩa đến photosensor làm xuấthiện dòng chảy qua photosensor ( lúc này photosensor này nhận được tín hiệu 1trong mã nhị phân) Nếu đối diện với tia sáng là vùng diện tích bị phủ lớp chắnsáng, ánh sáng không đến được photosensor (lúc này photosensor này nhận được tínhiệu 0 trong mã nhị phân)

Quay lại bài toán cơ bản về bit và số bit, chúng ta xem xét vấn đề theo mộtcách hoàn toàn toán học: Với một số nhị phân có 2 chữ số, chúng ta sẽ có 00, 01,

10, 11, tức là 4 trạng thái Điều đó có nghĩa là với 2 chữ số, chúng ta có thể chia đĩaencoder thành 4 phần bằng nhau Và khi quay, chúng ta sẽ xác định được độ chínhxác đến 1/4 vòng (góc đo nhỏ nhất trong trường hợp này là 90 độ)

Tương tự vậy, nếu với một số có n chữ số, chúng ta sẽ xác định được độ chínhxác đến 1/(2^n) vòng Thế làm sao để xác định 2^n trạng thái này của đĩa encoder

Ở đây, tôi đưa ra ví dụ với đĩa encoder có 2 vòng lỗ (2 dải băng) Các bạn sẽ thấyrằng, ở vòng trong cùng, có một rãnh rộng bằng 1/2 đĩa Vòng phía ngoài, sẽ có 2rãnh nằm đối diện nhau

Như vậy, chúng ta cần 2 đèn led để phát xuyên qua 2 vòng lỗ, và 2 đèn thu( photosensor ) Giả sử ở vòng lỗ thứ nhất (trong cùng), đèn đọc đang nằm ở vị trí

có lỗ hở, thì tín hiệu nhận được từ con mắt thu sẽ là 1 Và ở vòng lỗ thứ hai, thìchúng ta đang ở vị trí không có lỗ, như vậy con mắt thu vòng 2 sẽ đọc được giá trị0

Và như vậy, với số 10, chúng ta xác định được encoder đang nằm ở góc phần

tư nào Cũng có nghĩa là chúng ta quản lý được độ chính xác của đĩa quay đến 1/4vòng Trong ví dụ trên, nếu đèn LED đọc được 10 thì vị trí của LED phải nằm tronggóc phần tư thứ hai, phía trên, bên trái Kết quả, nếu đĩa encoder có đến 10 vòng lỗ,thì chúng ta sẽ quản lý được đến 1/(2^10) tức là đến 1/1024 vòng Hay người ta nói

là độ phân giải của encoder là 1024 xung trên vòng (pulse per revolution – ppr)

Với encoder có 8 vòng lỗ ta sẽ quản lý được 1/2^8 của đĩa (tức là quản lý được1/256 của đĩa, tương đương với góc 360/256=1,4 độ) Vậy với encoder 8 vòng lỗnày ta sẽ biết được góc quay của đĩa với độ chính sác là 1,4 độ.

I.2.1.3 Encoder tương đối

Encoder tương đối kiểu quay:

Hình 5 : Đĩa encodor tương đối kiểu quay

Về cơ bản thì encoder tương đối và encoder tuyệt đối đều giống nhau chỉ khácnhau ở đĩa mã hóa Ở encoder tương đối đĩa mã hóa gồm 1 dải băng tạo xung Trêndải băng này được chia ra làm nhiều lỗ bằng nhau và cách đều nhau (lỗ có thể đượcthây bằng vật liệu trong suốt cho ánh sáng truyền qua) Khi đĩa từ quay qua một lỗthì photosensor nhận được tín hiệu từ đèn LED chiếu qua thì encoder sẽ tăng lênmột giá trị trong biến đếm

Hình 6 : Lỗ định vị trên encoder tương đối kiểu quay

Để tránh điều tai hại này xảy ra, người ta đưa vào thêm một lỗ định vị để đếm

số vòng đã quay của encoder Như vậy, cho dù có lệch xung, mà chúng ta thấy rằngencoder đi ngang qua lỗ định vị này, thì chúng ta sẽ biết là encoder đã bị đếm sai ởđâu đó Nếu vì một rung động nào đó mà chúng ta không thấy encoder đi qua lỗ

định vị, vậy thì từ số xung và việc đi qua lỗ định vị, chúng ta sẽ biết rõ hiện tượngsai của encoder.

Nguyên lý hoạt động:

Hình 7 : Nguyên lý hoạt động encoder tương đối kiểu quay

Encoder tương đối cũng gồm các bộ phận cơ bản là nguồn phát( đèn LED), đĩaquay( đĩa mã hóa), cảm biến (photosensor) Khi đĩa quay qua một lỗ thì cảm biếntrên nhận được tín hiệu lúc đó encoder sẽ tăng lên một giá trị trong biến đếm Chođến khi cảm biến bên dưới nhận được tín hiệu thông qua lỗ định vị thì ta biết đượcđĩa đã quay song một vòng Giá trị biến đếm mà encoder nhận được sẽ cho ta biếtđược góc độ mà đĩa đã quay Ứng với dải băng có càng nhiều lỗ thì góc đếm nhỏnhất mà encoder đếm được sẽ càng nhỏ (càng mịn)

Giữ được giá trị góc khi mất điện đối với encoder tuyệt đối

Vì thế encoder được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy xí nghiệp phục vụsản xuất

I.3 Động cơ một chiều

Lựa chọn động cơ một chiều:

Động cơ điện một chiều có quán tính cơ tương đối nhỏ, dễ thay đổi tốc độtrong một khoảng khá rộng Động cơ điện một chiều là có nhiều phương pháp thayđổi tốc độ và dễ dàng thay đổi tốc độ, chiều quay.

Thông thường, tốc độ quay của một động cơ điện một chiều tỷ lệ với điện ápđặt vào nó, và ngẫu lực quay tỷ lệ với dòng điện Điều khiển tốc độ của động cơ cóthể bằng cách điều khiển các điểm chia điện áp đặt vào nó, điều khiển bộ cấp nguồnthay đổi được, dùng điện trở hoặc mạch điện tử…

Điện áp tác dụng có thể thay đổi bằng cách xen vào mạch một điện trở nối tiếphoặc sử dụng một thiết bị điện tử điều khiển kiểu chuyển mạch lắp bằng Thyristor,transistor hoặc loại cổ điển hơn nữa bằng các đèn chỉnh lưu hồ quang Thủy ngân

Ở chương tiếp theo ta sẽ đi tìm hiểu về nguyên lý hoạt động của biến tần màchúng ta sử dụng

Chương II : NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ CÁC THAM SỐ CỦA BIẾN

TẦN LS IC5 II.1 Tìm hiểu về biến tần LS IC5

II.1.1 Khái niệm

Biến tần là thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều ở tần số này thành dòng điệnxoay chiều ở tần số khác có thể điều chỉnh được

Nguyên lý hoạt động chung của biến tần

Nguyên lý cơ bản làm việc của bộ biến tần cũng khá đơn giản Đầu tiên,nguồn điện xoay chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiềubằng phẳng Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện.Nhờ vậy, hệ số công suất cosphi của hệ biến tần đều có giá trị không phụ thuộc vàotải và có giá trị ít nhất 0.96 Điện áp một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thànhđiện áp xoay chiều 3 pha đối xứng Công đoạn này hiện nay được thực hiện thôngqua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chế độrộng xung (PWM) Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn lựchiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảmtiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ

Hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha ở đầu ra có thể thay đổi giá trị biên độ vàtần số vô cấp tuỳ theo bộ điều khiển Theo lý thuyết, giữa tần số và điện áp có mộtquy luật nhất định tuỳ theo chế độ điều khiển Đối với tải có mô men không đổi, tỉ

số điện áp - tần số là không đổi Tuy vậy với tải bơm và quạt, quy luật này lại làhàm bậc 4 Điện áp là hàm bậc 4 của tần số Điều này tạo ra đặc tính mô men làhàm bậc hai của tốc độ phù hợp với yêu cầu của tải bơm/quạt do bản thân mômencũng là hàm bậc hai của điện áp

Hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ biến tần rất cao vì sử dụng các bộ linhkiện bán dẫn công suất được chế tạo theo công nghệ hiện đại Nhờ vậy, năng lượngtiêu thụ xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu bởi hệ thống

Ngoài ra, biến tần ngày nay đã tích hợp rất nhiều kiểu điều khiển khác nhauphù hợp hầu hết các loại phụ tải khác nhau Ngày nay biến tần có tích hợp cả bộPID và thích hợp với nhiều chuẩn truyền thông khác nhau, rất phù hợp cho việcđiều khiển và giám sát trong hệ thống SCADA

Hình 9 : Biến tần LS IC5

II.2 Đặc điểm kĩ thuật cơ bản của biến tần

II.2.1 Đặc điểm kỹ thuật

-1

1

SV008iC5-1

SV015iC5-1

II.2.2 Điều khiển

Phương thức điều khiển Đièu khiển V/F, Điều khiển theo vectơ cảm biến

Cài đặt tần số ∙Tham chiếu digital: 0.01Hz ∙Tham chiếu

analogl:

Cài đặt tần số chính xác ∙ digital : 0.01% của tần số ra max

∙ digital :0.1% của tần

số ra max

Tỷ lệ V/F Thẳng, vuông, sử dụng V/F

Khả năng chịu quá tải

1 phút ở 150%, 30s ở 200% ( Với đặc trưng đảongược)

Tăng Momen

Bằng tay ( Điều chỉnh 0 đến 15%), Tựđộng

RS485

Cài đặt tần số Forward / Reverse

Mở rộng Cài đặt lên 8 tốc độ ( Sử dụngchức năng mở rộng kết nối)

Mở rộng thời giantăng/giảm tốc độ

0,1 ~ 6000s.Max 8 dạng cóthể sử dụng chức năng mở

rộng kết nối

Có thể lựa chọn được đặctuyến tăng/ giảm tốc: Thẳng,

U hoặc S

Dừng khẩn Ngắt đầu ra Biến tần

Reset lỗi Reset lỗi khi chức năng bảo

vệ được kích hoạt.Tín hiệu ra

Trạng thái hoạt động Dò tần số, Báo quá tải, Kẹt,Quá áp, Thấp áp,Đầu ra lỗi Quá nhiệt Biến tần, Chạy,

Dừng, Tốc độ không đổI, dòtốc độ Đầu ra lỗi (Đầu ra rơle

và Đầu ra không tiếp điểm).Chỉ dẫn

Chọn một dạng tín hiệu racủa tần số, dòng, điện áp vàđiện áp DC (Điện áp ra:

cơ, Lỗi pha I/O, Đấu nốI I/O sai,

Quá tải , Lỗi thiết bị ngoài1.2, Mất lệnh chạy, Lỗi phần cứng,

Lỗi kết nối, Lỗi CPU

Thấp nguồn thời gian ngắn

Thấp hơn 15ms: Giữ hoạt động thời

gian ngắn Lâu hơn 15ms: Tự động reset lại

II.2.5 Màn hình lắp rời

giá trị tần số, Tốc độ chạy, Điện áp DC

gần nhất

II.2.6 Môi trường

Độ cao so với mặt nước biển & Dung

Không khí Không khí ăn mòn, Dễ cháy, Dầu haybụi bẩn.

II.2.7 Sơ đồ đấu nối

Hình 10: Sơ đồ đấu nối của biến tần

II.2.8 Sơ đồ chân dấu

U, V, W Đầu ra Biến tần Đầu ra 3pha đến động cơ

Đầu vào

P1, P2,P3, P4, P5 Đầu vào đa chức năng

Used for function input.Factory defaultsettings are asfollows

multi-P1 = FX, ForwardP2= RX, ReverseP3 = BX, Emergency

stopP4 = JOG P5 = RST,Fault reset

P24 PNP DC24V Đầu ra DC24V power supply

Điện trở vào là 250Ω

Chân chung cho tínhiệu cài đặt tần sốanalog và FM (chomàn hình)

Đầu ra

Đầu ra của Tần số ra,Dòng ra, Điện áp vàđiện áp DC ra Mặc định của nhàmáy là tần số ra Điện áp ra MAX = 0đến 12V, dòng ra =

10mA

330A, 30C, 30BMO-EXTG

Rơle đa chức năng vàChân đầu ra không tiếp

điểm

Ngắt đầu ra khi chứcnăng bảo vệ hoạtđộng hoặc tín hiệuđầu ra đa chức năng Chân rơle đa chứcnăng : Max AC250V/1A, DC30V/1A Chân đầu ra khôngtiếp điểm: Max.DC24V 50mA

lỗi

● Chương trình/chọn Làm thay đổi thông số vàlưu chúng

NPN và PNP

▼ Xuống Giảm giá trị thông số

II.3 Các thông số chương trình

II.3.1 Nhóm thông số

Nhóm biến tần Các thông số cơ bản như lệnh tần số,thời gian tăng giảm tốc…Nhóm chức năng 1 Các thông số chức năng cơ bản như tầnsố max, tăng momen…Nhóm chức năng 2 Các thông số ứng dụng như tần sốnhảy, giới hạn tần số max/min…

Nhóm Input/Ouput Các thông số dựng thành chuỗI như càiđặt khối đa chức năng, hoạt động tự

động…

II.3.2 Các nhóm tham số

Hình 11 : Minh họa màn hình điều khiển

thời gian tăng giảm tốc…

Nhóm chức năng 1 Các thông số chức năng cơ bản chođiều chỉnh tần số, điện áp ra …

Nhóm chức năng 2 Các thông số ứng dụng cho điều khiểnPID, cài đặt động cơ thứ 2…Nhóm Input/Ouput Các thông số dựng thành chuỗI như càiđặt khối đa chức năng…Thay đổi giữa các nhóm chỉ có thể thực hiện được trong mã đầu tiên của mỗinhóm.

Hình 12: Sử dụng phím chức năngGiá trị của lệnh tần số sẽ được hiển thị trong mã đầu tiên của nhóm điều khiển

Nó sẽ hiện giá trị cài đặt của người vận hành Mặc định của nhà máy là 0.0

II.3.3 Các thông số trong nhóm điều khiển

Mã thứ ba “ACC”xuất hiện.

∙ Ấn phím lên(▲) một lần để sang mã

kế tiếp

Để chuyển đến mã cuốI cùng ấn (▲)cho đến khi”drC” xuất hiện

∙ Số ở vị trí thập phân đầu tiên có thể

được thay đổi

Chú giải :

Màn hình LCD trên bàn phím của biến tần iC5 chỉ có 3 số

Sử dụng các phím (◄►) để giám sát và cài đặt các thông số

(2) Để bỏ các thông số cài đặt ấn các phím thay đổi

(◄hoặc ►) khi 30.0 đang nhấp nháy trong bước

II.4 Các thông số của biến tần

Nhóm điều

kiện Bàn phím

hiển thị Mô tả Phạm vi cài đặt Mặc định

Điều chỉnhtrong khichạy

0.00

Tần số đầu

ra : Trongkhi chạyTần sốthamchiếu:

Trong khidừng

2 (Cắt chạyngược

F9

Bơm dòng

DC hãmON-delay

F10

Bơm dòng

DC hãmđiện áp

F11

Bơm dòng

DC hãmthờI gian

bơm dòng

DC hãmđiện áp

Bắt đầubơm dòng

DC hãmthời gian

F14

Thời giankích độngcơ

F27

Lựa chontăngmomenbằng tay/tựđộng

0(Bằng tay),

momentrong điềukhiển chạythuận

0.0 đến15.0[%]

Tăngmomentrong điềukhiển chạyngược

F)

F31 Sử dụng V/

F - Tần số 1 0 đến F33[Hz 15 KhôngF32

Sử dụng V/

F - Điện áp1

Lựa chọnnhiệt điệntử

0 (Không),

F51

Cấp nhiệtđiện tử -1phú

F52 đến

F52

Cấp nhiệtđiện tử -Liên tiếp

50 đến

F53

Hệ thốnglàm mátđộng cơ

0(Tự làm mát)

1 (Làm mátcưỡng bức)

000 đến111(bit set)Bit 0 : Trongkhi tăng tốc

Bit 1 : Trongkhi tốc độ đềuđặnBit 2 : Trongkhi giảm tốc

F60

Cấp ngăndừng độngcơ

Độ nghiêngtại điểmcuốI đườngcong S

H21

Khởi độnglạI sau khireset lỗi

H22

Lựa chọntìm kiếmtốc độ

0000đến1111(bit set)Bit 0 : Trong khităng tốc

Bit 1 : Sau khireset lỗi

Bit 2 : restart lạingay khi nguồnkhông thích hợpBit 3 : Khi H20chọn là 1(Có)

hạn dòng

H24 Độ lợi P 0 đến 9999 100 Có

H26

Số lần tựđộng khởiđộng lại

H27

Thời giantrễ trướckhi tự độngrestart

H30

Lựa chọncông suấtđộng cơ

H34

Dòng động

cơ khôngtải trongRMS

0 (V/F) 1 (Slipcompen) 2 (PID)

3 (Điều khiểnvectơ cảm biến)

0 (I)

H51

Độ lợi Pcho điềukhiển PID

H52

Độ lợi Icho điềukhiển PID

H53

Độ lợi Dcho điềukhiển PID

H54

Độ lợi Fcho điềukhiển PID

H55

Giới hạntần số chođiều khiểnPID

0 đến Tần số

H70

Tần sốtham chiếuchotăng/giả tốc

0 (Max freq.)

H71 Tỷ lệ thời

gian tănggiảm tốc

0 (0.001s)

1 (0.01s)

2 (1s)

3 (Chế độ điềukhiển)

4 (Chế độ tần số)

5 (Tần số bước1)

6 (Tần số bước2)

7 (Tần số bước3)

12 (Hiển thị lỗi)

13 (Điều khiểnđộng cơ)

H73

Lựa chọncấu hình sửdụng

H81 Thời gian

tăng tốc

thứ 2H82

Thời giangiảm tốcthứ 2

H83

Thời giantăng tốcthứ 2 Đặctuyến V/Fthứ 2

2 theochiều thuận

H86

Tăngmomen thứ

2 theochiềunghịch

H87

Cấp ngănngừa dừngmáy thứ 2

H88

Cấp nhiệtđiện tử thứ

2 -1 phút

H89

Cấp nhiệtđiện tử thứ