Chuong 1-Nguyen Tac Xay Dung He TDH.pdf

Nguyen Tac Xay Dung He TDH

Chức năng, yêu cầu, mục tiêu tự động điều khiển TBĐ

Cấu trúc của hệ tự động hoá

Các kí hiệu điện Cách thể hiện sơ đồ nguyên lí, lắp ráp và nguyên tắc lắp đặt

Phân tích và tổng hợp hệ thống Các nguyên tắc cơ bản khi thiết kế Một số sơ đồ mạch điển hình

Chương 1: Các nguyên tắc xây dựng hệ thống tự động điều khiển.

mục tiêu của mạch tự động

Giảm giá thành sản phẩm.

Nâng cao chất lượng sản phẩm.

Tăng năng suất, đổi mới sản phẩm.

Tác động lên nhiều khâu của dây chuyền sản xuất.

Tác động lên nhiều phương án sản xuất.

Nâng cao khả năng phát triển sản xuất.

chức năng của mạch tự động

Thông tin - giao tiếp (HMI).

– Giao tiếp giữa người và máy

– Các thiết bị giao tiếp, hiện thị:

Nút nhấn, công tắc, chuyển mạch, không chế chỉ huy

Bàn phím Màn hình điều khiển, giám sát Hiển thị bằng LED, còi, màn hình tinh thể lỏng LCD

Xử lí tín hiệu.

– Tiếp nhận các tín hiệu điều khiển, tiến hành tính toán,

đưa ra các lệnh vận hành

Điều khiển năng lượng.

– Thực hiện các biến đổi tĩnh

Chỉnh lưu Băm áp một chiều

Điều áp xoay chiều Biến tần

– Thực hiện biến đổi hệ cơ điện

Điều khiển tốc độ động cơ.

Điều khiển thông số theo yêu cầu công nghệ.

– Tự động khởi động, hãm, đảo chiều

– Tự động đặt và gia tốc cho động cơ

– Tự động điều khiển theo chương trình đặt trước (NC, CNC)

– Tự động điều khiển dây chuyền công nghệ

ổn định thông số.

– Các thông số của hệ thống như điện áp, dòng điện, nhiệt độ, công suất có thể bị thay đổi trong quá trình

điều khiển Khi các thông số này thay đổi có thể sẽ ảnh hưởng đến công nghệ, do vậy cần thiết kế hệ điều khiển

để ổn định chúng

Yêu cầu của mạch tự động

Yêu cầu về kĩ thuật

– Đáp ứng chế độ làm việc của thiết bị điện

– Đảm bảo các sai số tĩnh và động của hệ thống

– Đảm bảo độ tác động nhanh và chính xác

– Có chỉ tiêu năng lượng cao (hiệu suất, cosϕ cao)

– Phù hợp với điều kiện môi trường

Điều khiển đơn giản, hoạt động tin cậy

– Tối thiểu hoá số lượng các thiết bị điều khiển

– Các thiết bị động lực phải có tính lắp lẫn

– Các thiết bị điều khiển có sự đồng nhất hoá

– Tối thiểu các thao tác điều khiển đối với người vận hành

Dễ dàng phát hiện và kiểm tra sự cố

– Đây là một yêu cầu cần thiết đối với một hệ thống điều khiển

– Trong một hệ thống điều khiển phức tạp, thường chia ra thành nhiều nhóm chức năng, mỗi nhóm chức năng đều

được thiết kế các tín hiệu giám sát và báo sự cố (báo lỗi)

Tác động chính xác ở điều kiện bình thường và sự cố

– Cần đảm bảo tốt sự vận hành bình thường của hệ điều khiển.

– Cần có các mạch bảo vệ hệ thống khi xảy ra sự cố, tránh đổ vỡ toàn bộ hệ thống.

– Cần khắc phục các mạch giả trong khi vận hành xảy ra sự cố.

Thuận tiện cho lắp đặt, sửa chữa, vận hành

– Đối với các hệ thống điều khiển phức tạp, cần chia nhỏ thành các môdule Các môdule này phải được kết nối với nhau dễ dàng.

– Các môdule cần có các kí hiệu đầu dây, hoặc cầu đấu, giắc cắm

đặc biệt.

– Khi thiết kế hệ thống cần tính đến khả năng mở rộng, do đó không gian thiết kế lắp đặt phải thuận lợi.

– Các thiết bị điều khiển hoặc môdule điều khiển cần có tính năng lắp lẫn, dễ dàng tháo rời trong trường hợp cần bảo dưỡng tại các trung tâm sửa chữa.

Linh hoạt và thuận tiện khi điều khiển

– Linh hoạt trong chuyển đổi các chế độ làm việc – Bố trí hợp lí các thiết bị điều khiển

Kích thước, giá thành phải hợp lí.

– Kích thước thiết kế cần phù hợp với không gian lắp đặt

– Giảm thiểu các chi tiết bộ phận không cần thiết

– Tận dụng những thiết bị, chi tiết phù hợp với yêu cầu

điều khiển để giảm giá thành nhưng vẫn đáp ứng được chỉ tiêu chất lượng

An toàn trong thiết kế và vận hành.

– Yếu tố an toàn luôn được đề cập đến trong quá trình thiết kế hệ thống

– Luôn có các thiết bị phòng chống cháy nổ cho các thiết

bị động lực, các van bán dẫn công suất

– Các thiết bị điều khiển cần có các mạch chống nhiễu vô

tuyến, nhiễu điện từ trong môi trường công nghiệp

– Các quy phạm về an toàn trong sử dụng khai thác thiết

bị điện, thiết bị điều khiển cần được xét tới khi thiết kế lắp đặt hệ thống

Cấu trúc của hệ tự động hoá

Cấu trúc tổng quát:

PH PHầầầầnnnn ĐĐĐĐKKKK

Ôtômát lập trình Thiết bị điện

PH PHầầầầnnnn ttttđđđđ

Máy sản xuất

Lệnh

kí hiệu điện

Cơ cấu điều khiển Khí cụ đóng cắt Máy điện một chiều Liên hệ cơ khí

Máy điện xoay chiều

Âm thanh Khí cụ đơn cực Cuộn hút Cầu chì

Máy biến áp

thể hiện sơ đồ nguyên lí

Thể hiện bằng nét vẽ đậm (động lực) nhạt (điều khiển)

Kí hiệu trên bản vẽ

Bố trí linh kiện, thiết bị trên bản vẽ

Đánh số đầu dây

Thể hiện bằng nét vẽ

Thể hiện sơ đồ mạch điện bằng nét vẽ a) sơ đồ động lực, b) sơ đồ mạch điều khiển

K

a)

M3

M

K

Thể hiện bằng kí hiệu

– Ví dụ: Rơle: R1, Cầu dao: CD1

áptômát: AT1, Cầu chì: CC1 Côngtắctơ thuận: T Côngtắctơ ngược: N – Số thứ tự mối nối hoặc nút: 1, 2, 3, 4

Bố trí linh kiện thiết bị trên bản vẽ

– Phân cột trên bản vẽ, các thiết bị thường được bố trí theo cột

– Các thiết bị thường được vẽ theo nhóm chức năng, ví dụ nhóm các rơle, nhóm các côngtắctơ, nhóm các áptômát – Đối với các tập bản vẽ, thường được đánh số trang, mối liên hệ về điện giữa các trang phải được kí hiệu rõ ràng,

ví dụ: 12/6 trang 12, cột 6

Đánh số đầu dây

– Tạo thuận lợi khi đọc bản vẽ, và khi tạo bản vẽ lắp ráp – Ví dụ: A1, B2, C3

– Các số giống nhau, phải là các điểm đẳng thế

K K 11/5 10/6 7/4

thể hiện sơ đồ lắp ráp

Phân chia khu vực lắp ráp, nhóm các thiết cùng một khu vực (cùng một tủ điện).

Lập bảng nối dây giữa các khu vực (nhóm thiết bị).

Tạo lập sơ đồ nối dây giữa các khu vực.

Nối dây từng khu vực (nhóm thiết bị).

Ví dụ:

M3 3

Ap

K

Rn

X1

X2

K1 K2

r1 r2

Rn1

Rt2

Rn1 7 6

4 3

2

Rt2 Rt1

K2 Rt2 K1 Rt1

Rn K

K

M D CC1 X3

X4

8

Đ

Sơ đồ lắp ráp khu vực động lực

4 2

5 4

1 X3 X3 X4 X2 X1

6

4 4 7

Rn K

Ap

2 3 4 5

K

Đến stato ĐC

K1

K2 K2

K1

7 6 4

Đến rôto ĐC

1 X4 C

B A

L3 L2 L1

X2 X1

a b c

khu vực rơle

4 3

1 2

Đ

3 3 3 3

6

6

7 8

5

4

khu vực điều khiển

Các nguyên tắc lắp đặt

Bố trí thiết bị

– Theo nguyên tắc trọng lượng – Theo nguyên tắc phát nhiệt – Theo nguyên tắc chức năng – Theo họ linh kiện

– Theo chức năng phục vụ của nhóm linh kiện

Dây động lực và điều khiển

– Dây dẫn phải đảm bảo được mức độ an toàn khi vận hành

Chịu được dòng điện Iđmcủa phụ tải.

Chịu được độ bền cơ.

Mầu sắc dây phù hợp với yêu cầu.

– Dây động lực có thể là thanh cái, hoặc cáp điện Các

đầu nối cần có đầu cốt (hoặc kẹp cáp kiểu làn sóng)

– Dây điều khiển thường là dây đồng mềm gồm nhiều sợi nhỏ, có vỏ bọc cách điện

– Các đầu cốt nối dây cần được đánh số theo bản vẽ nguyên lí, các số này thường được in trên các ghen nhựa

– Trong một số trường hợp đặc biệt cần chống cháy, dây dẫn thường được bọc nhựa đặc biệt, làm chậm quá trình cháy, có đặc tính ngăn chặn sự phát triển của lửa, hạn chế khói và các chất khí gây ăn mòn và độc hại

Bố trí dây trong tủ điện

– Thường được đi theo hai chiều nằm ngang hoặc thẳng

đứng

– Các nhóm dây cùng chức năng thường được bó bằng dây rút nhựa mềm, mầu đen hoặc trắng

– Các dây dẫn trong tủ điện cần được đặt trong máng dây

có sẻ rãnh hoặc ống đi dây

– Các dây dẫn đi ra thành tủ hoặc cửa tủ, cần có độ võng thích hợp và được cuốn gọn gàng

Nối dây giữa bảng mạch và nối ra ngoài

– Nối dây giữa các bảng mạch trong tủ điện thường sử dụng cầu đấu kết hợp với các giắc cắm

– Nối dây giữa các bo mạch điều khiển thường sử dụng giắc cắm tín hiệu, có thể dưới dạng sợi rời, có thể dưới dạng cáp tín hiệu

– Để nối dây ra ngoài, thường dùng cầu đấu hoặc nối trực tiếp lên thanh cái Các cầu đấu này thường được bố trí gần chỗ cho dây ra hoặc cho dây vào

– Khi có nhiều tủ nối với nhau, thì các dây ra và vào phải

được bố trí nối tiếp nhau, tránh đi dây lòng vòng

Bố trí bo mạch điều khiển

– Các bo mạch in phải được lắp trên khung gá cách điện với tủ

– Các bo mạch in có thể được đổ nhựa trong để cố định linh kiện và cố định vào khung gá

– Do số lượng dây điều khiển nhiều, nên ta cần có biện pháp để phân biệt, tránh nhầm lẫn khi thay thế

– Vị trí lắp đặt các bo mạch điều khiển phải ở vị trí thuận lợi, để dễ dàng hiệu chỉnh và thay thế

Phân tích và tổng hợp

hệ thống điều khiển

Nắm rõ được yêu cầu của đối tượng cần

điều khiển tự động.

Nắm rõ được từng khâu trong hệ thống

điều khiển.

Trên cơ sở đó lựa chọn phương pháp điều khiển, tiến hành khảo sát ở chế độ động và chế độ tĩnh.

các nguyên tắc cơ bản khi

thiết kế hệ tự động

Trong điều khiển tự động truyền động điện Trong điều khiển các quá trình tuần tự

Trong điều khiển các quá trình liên tục

Trong điều khiển tự động

truyền động điện

– Trong điều khiển tự động truyền động điện thường xảy ra các quá

trình khởi động, hãm và đảo chiều quay Để làm được điều này,

có thể dựa vào bốn nguyên tắc sau:

Nguyên tắc thời gian Nguyên tắc tốc độ Nguyên tắc dòng điện Nguyên tắc hành trình

n

I

t c

1 t

t 2

1 I I2

c I

ω0 c ω ω1

ω 2

Nguyên tắc thời gian

– Khi khởi động đóng toàn bộ điện trở mở máy, rồi dựa vào các mốc thời gian t1, t2và t3để cắt từng cấp điện trở.

Nguyên tắc tốc độ

– Khi khởi động đóng toàn bộ điện trở mở máy, rồi dựa vào các mốc tốc độ ω1, ω2và ω 3 để cắt từng cấp điện trở.

Nguyên tắc dòng điện

– Khi khởi động đóng toàn bộ điện trở mở máy, rồi dựa vào việc giảm dòng điện khởi động đến I2 để cắt từng cấp điện trở.

Nguyên tắc hành trình

– Là nguyên tắc điều khiển tự động dựa trên hành trình chuyển

động của hệ truyền động điện.

điều khiển các quá trình

tuần tự

Dựa vào bài toán công nghệ, phân tích yêu cầu điều khiển.

Sử dụng các công cụ phân tích như mạng SFC (Sequential Function Chart) cho các bài toán tuần tự.

Chuyển đổi sang các mạch điều khiển sử dụng linh kiện rời, hoặc các thiết bị lập chương trình, như: vi điều khiển, PLC, LOGO!

điều khiển các quá trình

liên tục

Xác định, nắm chắc đặc điểm và mô hình hoá đối tượng điều khiển.

Xác định yêu cầu về chất lượng điều chỉnh, mức độ sai số, độ quá điều chỉnh

Lựa chọn phương pháp điều khiển và bộ

điều khiển phù hợp.

Tiến hành thử nghiệm và kiểm tra ở chế độ tĩnh và chế độ động.

một số sơ đồ mạch điển hình

Mạch bảo vệ không

Mạch bảo vệ quá dòng điện cực đại

Mạch bảo vệ quá dòng điện cực tiểu

Mạch bảo vệ quá tải

Mạch bảo vệ hành trình

Mạch bảo vệ quá trình khởi động

Mạch liên động điện và liên động cơ

Mạch phanh hãm điện từ

K

M D

Mạch bảo vệ không.

Mạch bảo vệ quá dòng điện cực đại.

b)

M

K

K

a)

M3 3

Mạch bảo vệ quá dòng điện cực tiểu.

9

K

M D

M

CD

K1 K2 K3 K3 K2 K1

KT

Rd

Rd

M¹ch b¶o vÖ qu¸ t¶i

K1 K2

r1 r2

M3 3

CC1 Ap

K

Rn

K

Rt1

K1 Rt2

K2

Rt1

Rt2

CC2 X1 X2

4

6

5

M¹ch b¶o vÖ hµnh tr×nh

7

5 3

2 X2

X1 CC2

Rn T T

MT D

Rn T

Ap

CC1

3M3 N

HCT

MN

N

6

HCT HCN

Xe ch¹y

Mạch bảo vệ quá trình khởi động

M3 3

CC1 Ap

K

Rn

K

Rt1 K1 Rt2 K2

Rt1

Rt2

CC2

X1 X2

4

6

5

K1 K2

r1 r2

Rn1 Rt2

Rn1

Mạch liên động điện và liên động cơ

9

4 1

N T

N MN N

N

M3 3

CC1 Ap

T

Rn

T

CC2 X1 X2

12

HCT

HCN

11

HCT HCN

xe hàng

M¹ch phanh h·m ®iÖn tõ

7

5 3

2 X2

X1 CC2

Rn Ph Ph

MPh D

Rn Ph

Ap

CC1

3M3

MN K

6

K