Thiết kế mô hình trạm bơm nước tự động dùng plc s7 200​

PLC là một thiết bị điều khiển đa năng được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp để điều khiển hệ thống theo một chương trình được viết bởi người sử dụng.. Nếu muốn thay đổi quy luật hoạt

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

DÙNG PLC S7-200

Ngành : KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Chuyên ngành : ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn : ThS HUỲNH PHÁT HUY

LỜI CAM ĐOAN

Chúng tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của chúng tôi

Các thông số, số liệu, kết quả dữ liệu nêu trong đồ án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác

TP, Hồ Chí Minh, ngày……tháng… năm 2017

Người thực hiện

TRẦN MINH NGUYÊN TRỊNH XUÂN SƠN

Tp-Hồ Chí Minh, ngày…….tháng…….năm 2017

Người thực hiện

TRẦN MINH NGUYÊN TRỊNH XUÂN SƠN

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

CHƯƠNG 1 1

Tổng quan về cơ sở lý thuyết 1

1.1 Mô hình phân cấp chức năng công ty sản xuất công nghiệp 2

1.1.1 Cấp chấp hành 2

1.1.2 Cấp điều khiển 3

1.1.3 Cấp điều khiển quá trình 3

1.2 Giới thiệu chung về các loại trạm bơm nước 3

1.2.1 Khái niệm: 3

1.2.2 Các thành phần công trình của hệ thống trạm bơm 4

1.3 Các loại động cơ sử dụng trong trạm bơm 6

1.3.1 Động cơ điện kéo máy bơm 7

1.3.2 Động cơ điện dị bộ 8

1.4 Giới thiệu về biến tần Omron (3G3MV) 9

1.4.1 Các kiểu biến tần trong họ 3G3MV: 10

1.4.2 Các ký hiệu trên mặt điềukhiển 11

1.4.3 Cài đặt và thay đổi các thông số 12

1.5 PLC S7-200 20

1.5.1 Giới thiệu 20

1.5.2 Quá trình phát triển của kỹ thuật điều khiển 21

1.5.3 Cấu trúc bộ nhớ PLC S7-200 22

1.5.4 Ngôn ngữ lập trình 25

1.5.5 Bộ định thời 26

1.5.6 Bộ đếm 27

1.5.7 Lệnh 28

CHƯƠNG 2 34

Thiết kế mô hình 34

2.1 Thiết kế bồn nước 34

2.2 Vỏ và mô hình tủ điện (tủ điều khiển): 34

2.2.1 Vỏ tủ điện 34

2.2.2 Mô hình tủ điện: 35

2.3 Thiết kế module thí nghiệm 36

2.3.1 Module PLC 36

2.3.2 Relay trung gian 41

2.3.3 Phao nước báo mức nước cạn hoặc đầy 42

2.3.4 Module Biến tần 43

2.4 Xây dựng mô hình trạm bơm nước tự động sử dụng PLC S7-200 và Biến tần 45

2.4.1 Yêu cầu công nghệ 45

2.4.2 Tính chọn các thông số thiết bị 45

2.4.3 Quá trình hoạt động 46

2.4.4 Các sơ đồ mạch điện của bài đã hoàn thành: 48

2.4.5 Nguyên lý hoạt động 50

2.4.6 Kết nối và lập trình điều khiển bằng PLC 51

2.4.7 Lập trình PLC 52

CHƯƠNG 3 59

Kết luận 59

3.1 Kết luận: 59

3.2 Kết quả đạt được: 59

3.3 Tính chất ứng dụng thực tế 59

3.4 Khuyết điểm mô hình 59

3.5 Khuyến nghị: 60

3.6 Hướng phát triển đề tài: 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO 61

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Mô hình phân cấp quản lý sản xuất trong công nghiệp 2

Hình 1.2: Sơ đồ khối các công trình trạm bơm 4

Hình 1.3: Cấu tạo động cơ điện dị bộ 8

Hình 1.4 : Hình ảnh biến tần Omron (3G3MV) 9

Hình 1.5: Ký hiệu trên mặt điều khiển của biến tần 11

Hình 1.6a: Các nhóm thay đổi thông số 12

Hình 1.6b: Các phím chức năng 13

Hình 1.6c: Các thông số cài đặt của biến tần 13

Hình 1.7 : Khoảng cách lắp đặt biến tần 14

Hình 1.8a : Cách đấu dây động lực cho loại 3 pha 220v-AC 15

Hình 1.8b : Cách đấu dây động lực cho loại 3 pha 380v-AC 15

Hình 1.8c: Sơ đồ đấu dây của biến tần 16

Hình 1.9: Nối các đầu dây 17

Hình 1.10: Nối dây mạch điều khiển 17

Hình 1.11: Lựa chọn phương thức đầu vào 19

Hình 1.12: PLC S7-200 20

Hình 1.13: Sơ đồ khối cấu trúc PLC S7-200 21

Hình 1.14: Mô hình một bộ điều khiển lập trình dùng PLC 22

Hình 1.15: Sơ đồ kết nối PLC S7-200 23

Hình 1.16: Quá trình hoạt động của một vòng quét 24

Hình 1.17a: Lập trình dạng LAD 25

Hình 1.17b: Lập trình dang STL 26

Hình 1.17c: Lập trình dạng FBD 26

Hình 1.18: Các lệnh thời gian: a-TON, b-TONR, c-TOFF 26

Hình 1.19: Các bộ đếm: a-Đếm tiến, b- Đếm lùi, c- Đếm tiến/lùi………27

Hình 1.20: a-Câu lệnh tiếp điểm, b-Câu lệnh lấy sườn……… 28

Hình 1.21: Mô tả dữ liệu và toán hạng các đầu vào ra……….28

Hình 1.22: Các lênh di chuyển vùng nhớ: 29

Hình 1.23: Lệnh gọi chương trình con 30

Hình 2.1: Mô hình tủ điện 35

Hình 2.2: Mặt cửa tủ điện 36

Hình 2.3: Module thí nghiệm 36

Hình 2.4: Những đặc trưng lập trình của các loại điều khiển 38

Hình 2.4: Đơn vị xử lý trung tâm 39

Hình 2.5: Sơ đồ module PLC 41

Hình 2.6: Rơle trung gian 41

Hình 2.7: Phao nước dạng công tắc hành trình 42

Hình 2.8: Sơ đồ đấu nối phao nước với PLC 42

Hình 2.9: Module biến tần 43

Hình 2.10: Tủ đã hoàn thành 47

Hình 2.11a: Sơ đồ mạch động lực 48

Hình 2.11b : Sơ đồ mạch điều khiển 49

Hình 2.11c.: Sơ đồ mạch kết nối PLC 50

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Các thông số đặc trưng của biến tần loại 230V 10

Bảng 1.2: Các thông số đặc trưng của biến tần loại 460V 10

Bảng 1.3: Ký hiệu và diễn giải 17

Bảng 1.4:Chú giải 18

Bảng 2.1: Mô hình tổng quát của PLC 37

Bảng 2.2: Xác lập trạng thái Input 51

Bảng 2.3: Xác lập trạng thái Output 51

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

PLC : Programmable Logic Control DW: Doudle Word

EPROM: Electrically Programmable AO : Analog Output

EEPROM: Electrically Erasable S: Set

Pramgrammable Real Only Memory FC : Function

SM: Special Memory STL : Statement List

DO: Digital Output LAD :Ladder logic

DP : Distributed Port CM: Communicarion Module PROFIBUS: Process Field Bus Var : Variabletable

IFM : Intergrated Function Module IM : Interface Module

FM : Function Module FBD : Function Block Diagram OB: OrganizationBlock SFC: System Function

FB: Function Block

LỜI NÓI ĐẦU

Như chúng ta đã biết, nước ta hiện nay đang trong quá trình công nghiệp hóa- hiện đại hóa.Vì thế, tự động hóa đóng vai trò quan trọng

Tự động hóa giúp tăng năng suất , độ chính xác và tăng hiệu quả quá trình sản xuất Để có thể thực hiện tự động hóa sản suất, bên cạnh các máy móc cơ khí hay diện, các dây chuyền sản xuất v…v, cũng cần các bộ điều khiển để điều khiển chúng Trong các thiết bị hiện đại được đưa vào các dây chuyền sản xuất tự động đó không thể không kể đến PLC

PLC là một thiết bị điều khiển đa năng được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp để điều khiển hệ thống theo một chương trình được viết bởi người sử dụng Nhờ hoạt động theo chương trình nên PLC có thể sử dụng để điều khiển nhiều thiết bị máy móc khác nhau Nếu muốn thay đổi quy luật hoạt động của máy móc thiết bị hay hệ thống sản xuất tự động, đơn giản là ta chỉ cần thay đổi chương trình điều khiển Các đối tượng mà PLC có thể điều chình rất đa dạng từ máy bơm, máy cắt, máy khoan, lò nhiệt…đến các hệ thống phức tạp như: băng tải, hệ thống chuyển mạch tự động (ATS), thang máy, dây chuyền sản xuất…v v

Xuất phát từ thực tế đó, trong quá trình học tập tại trường, nhóm em đã thống nhất làm đề tại: “ THIẾT KÊ MÔ HÌNH TRẠM BƠM NƯỚC TỰ ĐỘNG DÙNG PLC S7-200 “

TÓM TẮT

Ứng dụng tự động hóa trong hệ thống bớm nước tưới tiêu, sinh hoạt…đem lại hiệu quả cao trong hoạt động sản xuất.PLC là loại thiết bị cần thiết trong công nghiệp nhỏ, vừa và lớn Bên cạnh đó việc sử dụng biến tần đem lại cho chúng ta nhiều lợi ích, đặc biệt nhất của hệ truyền động biến tần – động cơ có thể điều chỉnh vô cấp tốc độ động cơ thay đổi theo ý muốn trong một dải rộng, khởi động mềm tăng độ bền động cơ và còn góp phần đáng kể để giảm năng lượng điện tiêu thụ

Mục tiêu của nghiên cứu này là bơm nước tự động sử dụng PLS S7-200 và biến tần cùng một số tập lệnh để viết chương trình

 Thiết lập các ứng dụng thực tế cho mô hình

 Tìm hiểu và lập trình PLC S7-200

 Kết nối và cài đặt biến tần…

Tóm lại, ứng dụng của PLC S7-200, biến tần…trong lĩnh vực tự động hóa mang lại những lợi ích về kinh tế, tiết kiệm thời gian và sức lao động của con người

CHƯƠNG 1

Tổng quan về cơ sở lý thuyết

Mục tiêu chương: Giới thiệu tổng quát về cơ sở lý thuyết (Các hệ thống bơm nước, Động

cơ không đồng bộ 3 phase xoay chiều, Biến tần) để tiến hành xây dựng mô hình

 Cải thiện điều kiện làm việc: tự động hoá là loại bỏ công việc lặp lại và khó nhọc cho việc vận hành, ví dụ: liên tục theo dõi, kiểm tra nhiều thông số công nghệ, tắt bật cơ cấu chấp hành, ghi chép số liệu, sự cố, Tự động hoá và giám sát bằng máy tính làm tiện lợi thêm khả năng khống chế từ xa một số lượng lớn các thông tin, đơn giản hoá nhiệm vụ khai thác, giám sát và quản lý

 Nâng cao hiệu quả của thiết bị: Trước hết ta có thể cải thiện được áp suất nước đi đến các khu vực tiêu thụ bằng hệ thống bơm nước mạnh mẽ Thay thế các hệ thống bơm nước cũ điều chỉnh bằng tay bằng các thiết bị đo và điều chỉnh tự động hoá quá trình, cho phép giải phóng con người và làm tăng tốc độ tin cậy của hệ thống Nhưng quan trọng là nâng cao độ chắc chắn vận hành của thiết bị có tính đến các tiêu chuẩn độ tin cậy qua việc nghiên cứu các sự cố vận hành Nghĩa là dự phòng các phương án để thiết bị có thể làm việc liên tục trong trường hợp bị hỏng hóc một bộ phận nào đó bằng cách đưa tự động các thiết bị dự phòng vào làm việc và giải quyết hỏng hóc Tự động hoá cho phép việc nghiên cứu thống kê các dữ liệu đã thu được, mở ra con đường tối ưu của việc xử lý

 Tăng năng suất lao động: Tự động hoá nhằm nâng cao năng suất bằng cách giảm chi phí vận hành Ta cũng có thể tối ưu hoá giá thành năng lượng chi phí hàng giờ và chi phí vật liệu Giảm nhân công vận hành và giảm công việc bảo dưỡng cũng cho phép giảm giá thành

 Trợ giúp việc giám sát: Nó bao gồm việc lắp đặt bộ biến đổi, phát hiện báo động, đặt các phương tiện ghi các dữ liệu và truyền đi xa cho đến nơi giám sát bằng máy tính

 Chính vì vậy, tự động hoá là điều cần thiết và tất yếu trong các trạm bơm cấp nước tưới tiêu cho vùng nông thôn, cấp nước sinh hoạt cho khu dân cư như hiện nay

Nội dung: Giới thiệu các khái niệm, thuật ngữ, các chương trình phần mềm sử dụng trong

đồ án Tìm hiểu nguyên lý làm việc của các thiết bị

1.1 Mô hình phân cấp chức năng công ty sản xuất công nghiệp

Hình 1.1 Mô hình phân cấp quản lý sản xuất trong công nghiệp

1.1.1 Cấp chấp hành

Các chức năng chính của cấp chấp hành là đo lường, dẫn động và chuyển đổi tín hiệu trong trường hợp cần thiết Thực tế, đa số các thiết bị cảm biến (sensor) hay chấp hành (actuator) cũng có phần điều khiển riêng cho việc thực hiện đo lường, truyền động được chính xác và nhanh nhạy Các thiết bị thông minh (smart device) có thể đảm nhận việc xử lý và chuẩn

bị thông tin trước khi đưa lên cấp điều khiển

1.1.3 Cấp điều khiển quá trình

Điều khiển quá trình tức là điều khiển và vận hành một quá trình kỹ thuật Khi đa số các chức năng như đo lường điều khiển, điều chỉnh, bảo trì hệ thống được các cấp cơ sở thực hiện, thì nhiệm vụ của các cấp điều khiển quá trình là hỗ trợ người sử dụng trong việc cài đặt ứng dụng, thao tác, theo dõi, giám sát vận hành và xử lý những tình huống bất thường Ngoài ra, trong một số trường hợp, cấp này còn thực hiện các bài toán điều khiển cao cấp như điều khiển phối hợp, điều khiển khởi động hay dừng và điều khiển theo công thức (ví dụ như trong chế biến dược phẩm, hoá chất) Khác với các cấp dưới, việc thực hiện các chức năng ở cấp điều khiển quá trình thường không đòi hỏi phương tiện, thiết bị phần cứng đặc biệt có giao diện mạng ngoài các máy tính điều hành Hiện nay, do nhu cầu tự động hoá tổng thể ở các cấp điều hành sản xuất và quản lý công ty, việc tích hợp hệ thống và loại bỏ các cấp trung gian không cần thiết trong mô hình chức năng trở nên cần thiết Cũng vì thế, ranh giới giữa cấp điều khiển quá trình và điều hành sản xuất nhiều khi không rõ ràng, hình thành xu hướng hội nhập hai cấp này thành một cấp duy nhất, gọi chung là cấp điều khiển

1.2 Giới thiệu chung về các loại trạm bơm nước

1.2.1 Khái niệm:

Hệ thống công trình trạm bơm là tổ hợp các công trình thủy công và các trang thiết bị cơ điện…Nhằm đảm lấy nước từ nguồn nước,vận chuyển và bơm nước đến nơi sử dụng hoặc cần tiêu nước thừa ra nơi khác

1.2.2 Các thành phần công trình của hệ thống trạm bơm

Hình 1.2: Sơ đồ khối các công trình trạm bơm

Công trình cửa lấy nước 1, lấy nước từ nguồn (lấy từ sông, hồ, kênh dẫn…) Công trình dẫn nước 2, có nhiệm vụ đưa nước từ cửa lấy nước về bể tập trung nước trước nhà máy bơm Công trình dẫn nước có thể là kênh dẫn, đường ống dẫn Trên công trình dẫn có thể có bể lắng cát 3 Bể tập trung nước 4 nằm trước nhà máy bơm, nó có nhiệm vụ nối tiếp đường dẫn với công trình nhận nước (bể hút) của nhà máy sao cho thuận dòng Công trình nhận nước 9 (bể hút) lấy nước từ bể tập trung và cung cấp nước cho ống hút hoặc ống tự chảy vào máy bơm Nhà máy bơm 5, đây là nơi đặt các tổ máy bơm và các thiết bị phụ cơ điện Đường ống áp lực (ống đẩy) 6, đưa nước từ máy bơm lên công trình tháo 7 Công trình tháo 7 ( bể tháo) nhận nước từ ống đẩy, làm ổn định mực nước, phân phối nước cho kênh dẫn 8 hoặc công trình nhận nước

1.2.2.1 Phân loại trạm bơm

Phân theo mục đích sử dụng của trạm bơm:

 Trạm bơm tưới, mục đích làm việc của nó là cung cấp nước tưới cho nông nghiệp

 Trạm bơm tiêu , mục đích của nó là đưa nước thừa vào vùng nhận nước tiêu

 Trạm bơm tháo nước, nhằm chuyển nước mưa, nước sinh hoạt và nước công nghiệp

 Trạm bơm cấp nước nông thôn, nhằm cấp nước cho các hộ dùng nước nông thôn

Phân loại theo sơ đồ bố trí hệ thống các công trình của trạm:

 Bố trí kết hợp hay riêng biệt giữa nhà máy và công trình lấynước

 Bố trí kết hợp hay riêng biệt giữa nhà máy với công trình tháo nước

 Bố trí toàn khối

Phân loại theo nguồn cấp nước:

 Nguồn cấp nước là sông

 Nguồn cấp nước là hồ chứa

1.2.2.2 Trạm bơm tưới

Trạm bơm tưới có những đặc điểm sau đây:

Làm việc vào thời kỳ khô hạn trong năm Việc ngừng làm việc chỉ cho phép tùy thuộc vào cấp an toàn cấp nước Nói chung không yêu cầu nước phải sạch về bùn cát và vật nổi, chỉ cần không để những đối tượng và hạt có khả năng mài mòn và làm hư hỏng bánh xe công tác của máy bơm Riêng những trạm bơm cấp nước cho các máy tưới phun mưa thì yêu cầu nước phải qua lưới lọc kỹ để loại bỏ những hạt có đường kính lớn lấp nhét lỗ phun Do trạm bơm làm việc theo mùa do vậy cho phép đơn giản nhiều về kết cấu nhà máy, giảm yêu cầu về khả năng ổn định nhiệt của trang thiết bị và kết cấu bao che Nhà trạm còn có thể được thay thế bằng trạm di động hoặc phao nhẹ nhàng hơn khi máy bơm nhỏ nhẹ Gian máy cho phép thấp hơn do đặt cần trục bên ngoài

Trạm bơm tiêu được phân ra các loại: trạm tiêu nước mặt, trạm tiêu nước ngầm, trạm bơm tiêu kết hợp cả nước mặt lẫn nước ngầm Thời gian làm việc của các trạm bơm tiêu cũng khác nhau: các trạm bơm tiêu nước lũ và nước mưa rào làm việc có tính chu kỳ, thời gian ngắn trong năm, còn bơm nước ngầm thông thường làm việc quanh năm Ở nước ta hiện nay chủ yếu là tiêu nước mặt cho cây trồng

1.2.2.4 Trạm bơm cấp nước nông thôn

Người ta gọi nhà máy trong đó chứa các máy bơm chính và máy bơm phụ cùng các trang thiết bị liên quan nhằm cấp nước cho vùng nông thôn là trạm bơm cấp nước nông thôn.Đặc điểm của trạm bơm cấp nước nông thôn là thời gian làm việc tiến hành cả năm

Loại trạm bơm này được phân chia ra theo các cách:

 Phân theo vị trí tuyến bơm nước

 Phân theo công dụng của trạm

 Phân theo đặc điểm kết cấu

Yêu cầu đặt ra đối với loại trạm bơm này:

 Có tính an toàn cao Vì vậy ngoài thiế bị bơm chính còn phải lắp đặt các tổ máy bơm dự phòng và các trang thiết bị phụtrợ

 Đảm bảo yêu cầu vệ sinh cao Xung quanh trạm bơm cần bảo đảm vệ sinh, bêntrong nhà máy cần có các công trình vệ sinh và bố trí các phòng cho nhân viên trực ban nghỉ Cần

có mức tự động hóa cao Lưu lượng trạm bơm cấp tương đối nhỏ, bởi vậy các đường ống được làm bằng thép cán có đường kính nhỏ, điều này cho phép dễ dàng lắp ghép đường ống trong nhàmáy

 Thành phần của các trạm bơm loại này có thể thay đổi phụ thuộc vào điều kiện tự

nhiên Bởi vậy, thường bố trí tối ưu của chúng được chọn thông qua kết quả so sánh kinh tế - kỹ thuật nhiều phươngán

1.3 Các loại động cơ sử dụng trong trạm bơm

Các thiết bị chính trong trạm bơm gồm có: các thiết bị cơ khí thủy lực chính và các thiết

bị về năng lượng chính Các thiết bị cơ khí thủy lực chính của trạm bơm đảm bảo cung cấp đủ nước cho các hộ dùng nước (hoặc tiêu nước) tương ứng với biểu đồ lưu lượng yêu cầu Thành phần của thiết bị này gồm có: các tổ máy hoặc các cụm thiết bị tham gia trực tiếp vào quá trình công nghệ bơm nước theo biểu đồ lưu lượng đã định như: các máy bơm chính, các thiết bị trên đường ống áp lực (van, thiết bị an toàn, van ngược…) Các thiết bị năng lượng chính của trạm bơm nhằm đảm bảo làm việc của các máy bơm chính, gồm có: động cơ để kéo máy bơm chính

và các thiết bị để truyền công suất từ trục động cơ cho trục bơm chính

Kiểu và nhãn hiệu của máy bơm chính được chọn dựa vào kết quả tính toán kinh tế, kỹ thuật, luận chứng được tính hợp lý của việc sử dụng nó trong trạm bơm Việc tính toán không chỉ riêng về giá thành của trạm mà còn phải tính cả đến chi phí vận hành năm của trạm Đối với trạm bơm tưới và tiêu cũng như trạm bơm cấp nước nông thôn thông thường sử dụng máy bơm cánh quạt

Các máy bơm chính được chọn cần phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

 Đảm bảo cấp đủ lưu lượng nước theo biểu đồ đã định trong suốt mùa với mức an toàn và kinh tế cao

 Làm việc với hiệu suất cao trong mọi chế độ làm việc

 Có kích thước và khối lượng nhỏ nhất

 Có khả năng phòng chống khí thực tốt nhất để cao trình đặt máy bơm cho phép việc xây dựng trạm bơm với chi phí nhỏnhất

 Tiện lợi trong lắp đặt và vận hành, dễ sữa chữa

 Có khả năng chống được nước xâm thực

 Máy bơm đã được sản xuất hàng loạt nhằm giá rẻ và tiến độ lắp ráp nhanh

Tất nhiên chọn được một máy bơm đồng thời thỏa mãn các yêu cầu nêu trên cần thỏa mãn biểu đồ yêu cầu dùng nước (về lưu lượng và lượng nước yêu cầu) mà trạm bơm đảm nhận sao cho hiệu quả kinh tế là cao nhất Muốn vậy phải qua so sánh kinh tế - kỹ thuật về các phương án số máy bơm về cả đầu tư cơ bản lẫn chi phí vận hành hàng năm mà quyết định số

tổ máy và loại máy bơm Các máy bơm được chọn phải thỏa mãn những yêu cầu đặt ra đối với trạm bơm

1.3.1 Động cơ điện kéo máy bơm

Để truyền động máy bơm có thể dùng động cơ điện, động cơ đốt trong , máy hơi nước, động cơ gió, máy thủy lực…vv Trong đó động cơ điện được dùng phổ biến nhất Động cơ đốt trong chỉ được dùng đối với máy bơm di động hoặc trạm bơm dã chiến ở các vùng xa, động cơ chạy bằng sức gió chỉ dùng ở nơi có điều kiện thích hợp sử dụng gió…Bởi vậy chỉ nghiên cứu

về động cơ điện Hệ thống truyền động máy bơm với sự tác động của năng lượng điện gọi là truyền động điện Quy ước có thể chia hệ thống này làm ba phần: động cơ điện – thiết bị điều khiển động cơ điện – trang thiết bị truyền năng lượng từ động cơ điện đến máy bơm Động cơ điện được sử dụng rộng rãi trên trạm bơm do tính ưu việt của nó so với các loại truyền động khác: khối lượng xây lắp được giảm nhỏ - nền móng và thiết bị truyền năng lượng từ động cơ đến máy bơm đơn giản hơn (trục động cơ và trục máy bơm có thể được nối qua khớp nối trục) -

dễ tự động hóa khi khởi động hoặc dừng máy - chi phí vận hành nhỏ - điều kiện làm việc tốt nhất - gian máy sạch sẽ…Trong trạm bơm thường sử dụng động cơ điện xoay chiều ba pha dị

bộ

1.3.2 Động cơ điện dị bộ

Động cơ điện dị bộ là động cơ có tốc độ quay của rôto nhỏ hơn tốc độ của từ trường quay,quay cùng chiều với từ trường Động cơ dị bộ có hai loại: có rôto ngắn mạch (còn gọi là động cơ lồng sóc) và loại rôto dây quấn Động cơ rôto ngắn mạch so với động cơ dây quấn có kết cấu đơn giản hơn, kích thước và khối lượng nhỏ hơn,giá thành rẻ hơn, còn động cơ rôto dây quấn đắt hơn, nặng hơn nhưng có tính năng động tốt hơn, do có thể tạo các hệ thống khởi động

và điều chỉnh

Hình 1.3: Cấu tạo động cơ điện dị bộ

Nguyên lý làm việc của động cơ điện dị bộ gồm 3 cuộn dây đặt cách nhau trên chu vi động cơ một góc 1200, rô to là cuộn dây ngắn mạch Khi cung cấp vào 3 cuộn dây 3 dòng điện của hệ thống điện 3 pha có tần số là f1 thì trong máy điện sinh ra từ trường quay với tốc độ 60f1/p Từ trường này cắt thanh dẫn của rô to và stato, sinh ra ở cuộn stato sđđ tự cảm e1 và ở cuộn dây rô to Sđđ cảm ứng e2 có giá trị hiệu dụng như sau:

E1=4,44.W1.Ø.f1.kcd

E2=4,44.W2.Ø.f2.kcd

Do cuộn rô-to kín mạch, nên sẽ có dòng điện chạy trong các thanh dẫn của cuộn dây này

Sự tác động tương hỗ giữa dòng điện chạy trong dây dẫn rô to và từ trường, sinh ra lực, đó là các ngẫu lực (2 thanh dẫn nằm cách nhau đường kính rô to) nên tạo ra mô men quay Mô men quay có chiều đẩy stato theo chiều chống lại sự tăng từ thông móc vòng với cuộn dây Nhưng

vì stato gắn chặt còn rô to lại treo trên ổ bi, do đó rô to phải quay với tốc độ n theo chiều quay của từ trường Tuy nhiên tốc độ này không thể bằng tốc độ quay của từ trường, bởi nếu n=ntt thì từ trường không cắt các thanh dẫn nữa, do đó không có sđđ cảm ứng, E2=0 dẫn đến I2=0 và

mô men quay cũng bằng không, rô to quay chậm lại, khi rô to chậm lại thì từ trường lại cắt các thanh dẫn, nên lại có sđđ, lại có dòng và mô men, rô to lại quay Do tốc độ quay của rô-to khác tốc độ quay của từ trường nên xuất hiện độ trượt và được định nghĩa như sau:

s% = 𝑛𝑡𝑡−𝑛

𝑛𝑡𝑡 100%

Do đó tốc độ quay của rô-to có dạng:

n = ntt(1-s)

do n ≠ ntt nên (1-s) là tốc độ cắt các thanh dẫn rô to của từ trường quay

Vậy tần số biến thiên của SĐĐ cảm ứng trong rô to biểu diễn bởi:

1.4.1 Các kiểu biến tần trong họ 3G3MV:

1.4.1.1 Loại 230V (0.5-5.4Hp) Bảng 1.1: Các thông số đặc trưng của biến tần loại 230V

1.4.1.2 Loại 460V (0.5-5.4Hp) Bảng 1.2: Các thông số đặc trưng của biến tần loại 460V

 Các đặc tính ưu việt của biến tần 3G3MV

 Kích thước nhỏ gọn dễ sửdụng

 Tiết kiệm năng lượng

 Có nhiều công suất để lựa chọn

 Điều khiển tối đa 8 cấp tốc độ khác nhau

 Tích hợp đường truyền RS

1.4.2 Các ký hiệu trên mặt điềukhiển

Hình 1.5: Ký hiệu trên mặt điều khiển của biến tần

Mặt điều khiển có thể tháo rời khỏi biến tần một cách dễ dàng và có thể kéo ra xa bởi một dây cáp truyền theo phương thức 1:1 Màn hình hiểm thị các dữ liệu liên quan như tần số chuẩn, tần số hoạt động và các giá trị cài đặt cho các thông số của biến tần

Các phím chức năng:

- [ENT]: Thay đổi giá trị cài đặt cho các thông số

- [RUN]: Phím khởi động khi biến tần đang chọn chế độ hoạt động với bộ giao diện LED-100

- []: Tăng giá trị của các thông số và các giá trịđặt

- []: Giảm giá trị của các thông số và các giá trịđặt

- [Stop/Reset]: Phím dừng biến tần khi hoạt động với bộ giao diện đồng thời làm chức

năng như phím Reset khi có lỗi đối với biếntần

Các đèn hiển thị:

Thể hiện khi biến tần đang hoạt động hay nhấn các phím chức năng tương đương Khi tất

cả các đèn led trên mặt điều khiển đều nhấp nháy đó là lúc biến tần đang có lỗi cần phải khắc phục ngay, nếu không sẽ dẫn đến hư hỏng biến tần

1.4.3 Cài đặt và thay đổi các thông số

- Nhóm DRV: Thông số cơ bản là điều chỉnh tần số, thời gian tăng và dừng động cơ, số vòng quay, chế độchạy

- Nhóm FU1: Các hàm chức năng 1, tần số tối đa, momen xoắn, các chế độ bảo vệ như quá tải, quá nhiệt…

Hình 1.6a: Các nhóm thay đổi thông số

- Nhóm FU2: Các hàm chức năng 2, chọn thông số hiểm thị như tần số, điện áp, tốc độ vòng, khôi phục lại thông số mặc định của nhà sản xuất, khóa dữ liệu không cho phép điều chỉnh,

- Nhóm I/O: Lựa chọn chức năng chạy nhiều tốc độ, chức năng kết nối với các thiết bị nhưmáy tính, PLC thông qua cổng truyền thông RS-485 hayModbus…

Hình 1.6b: Các phím chức năng

Dùng phím [] và [] di chuyển đến các nhóm cần thay đổi thông số, sau đó nhấn phím [ENT] khi đó đèn SET sẽ sáng lên và sử dụng lại 2 phím [],[] để thay đổi các giá trị của các thông số Sau khi đã nhập các thông số nhấn lại phím [ENT] một lần nữa để lưu lại các giá trị vừa cài đặt…

Hình 1.6c: Các thông số cài đặt của biến tần

1.4.3.1 Lắp đặt

Biến tần phải được lắp đặt trong không gian theo kích thước như sau:

Hình 1.7 : Khoảng cách lắp đặt biến tần

Khoảng cách giữa biến tần so với tủ điều khiển hoặc các thiết bị khác theo chiều đứng:

150 mm và theo chiều ngang: 50mm

1.4.3.2 Cách đấu dây

Nối dây chỉ được thực hiện sau khi chắc chắn nguồn điện đã được cắt.Nếu không sẽ gây giật.Chỉ kiểm tra hoạt động của biến tần khi nút khẩn cấp (Emergency Stop) trên bảng điều khiển đã nhấn Nguồn điện trước khi vào biến tần phải được nối qua một MCCB (Aptomat) và thực hiện các biệm pháp an toàn khác đối với ngắn mạch bởi các dây nối bên ngoài Nếu không

có thể gây ra cháy nổ.Các trạm nối dây ở biến tần phải đảm bảo nối chắc chắn Nếu không có thể gây tai nạn hoặc hư hỏng biến tần Tùy thuộc vào từng loại biến tần phải chọn các đầu nối

và tiết diện dây dẫn cho phù hợp.Không được nối điện xoay chiều (AC) vào các đầu ra U, V, W của biến tần.Với biến tần đầu vào là 1phase 220V thì nguồn cung cấp sẽ được nối vào 2 trạm nối R, T của biến tần.Đảm bảo điện áp danh định đầu vào của biến tần phù hợp với điện áp cấp

AC Nếu không biến tần sẽ báo lỗi hoặc gây hư hỏng

1.4.3.3 Sơ đồ đấu dây của biến tần

Hình 1.8a : Cách đấu dây động lực cho loại 3 pha 220v-AC

Hình 1.8b : Cách đấu dây động lực cho loại 3 pha 380v-AC

Hình 1.8c: Sơ đồ đấu dây của biến tần

1.4.3.4 Sơ đồ nối các đầu dây mạch chính

Hình 1.9: Nối các đầu dây

Bảng 1.3: Ký hiệu và diễn giải

- Luôn nối các đầu vào qua một MCCB (Aptomat) phù hợp với biến tần

- Lắp 1 MCCB cho mỗi biến tần được sử dụng

- Chọn MCCB phù hợp với biến tần

- Nếu 1 MCCB được sử dụng chung cho nhiều biến tần hay với nhiều thiết bị khác, hãy tạo một mạch rẽ nhánh được đóng hay cắt bởi contactor sao cho nguồn cấpcho biến tần không bị ảnh hưởng khi sự cố xảy ra cho các mạch nhánh khác

1.4.3.5 Nối dây mạch điều khiển

Hình 1.10: Nối dây mạch điều khiển

Chú giải:

Bảng 1.4:Chú giải

Lựa chọn phương thức đầu vào: Có hai phương thức đầu vào tùy thuộc swith trên bo mạch chuyển đổi NPN hoặc PNP:

Hình 1.11: Lựa chọn phương thức đầu vào

hỗ trợ cho việc lưu chương trình và dữ liệu

Hình 1.13: Sơ đồ khối cấu trúc PLC S7-200

Để có thề thực hiện một chương trình điều khiển PLC phải có một bộ vi xử lí (CPU), một

hệ điều hành, một bộ nhớ lưu chương trình điều khiển, dữ liệu và để trao đổi thông tin với môi trường xung quanh Bên cạnh đó, nhằm phục vụ các bài toán điều khiển số, PLC còn có các khối chức năng đặc biệt như bộ đếm, bộ định thời, … các khối hàm chuyên dụng khác

Để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng trong thực tế, có thể sử dung các modul Số modul dược sử dung nhiều hay ít tùy theo yêu cầu công nghệ, tối thiểu bao giờ cung phải có một modul chính là modul CPU Tất cả các modul được gá trên những thanh ray

1.5.2 Quá trình phát triển của kỹ thuật điều khiển

1.5.2.1 Hệ thống điều khiển là gì?

Hệ thống điều khiển là tập hợp các thiết bị và dụng cụ điện tử Nó dùng để vận hành một quá trình một cách ổn định, chính xác và thông suốt

1.5.2.2 Hệ thống điều khiển dùng rơle điện:

Sự bắt đầu về cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật đặc biệt vào những năm 60 và 70, những máy móc tự động được điều khiển bằng những rơle điện từ như các bộ định thời, tiếp điểm, bộ đếm, relay điện từ Những thiết bị này được liên kết với nhau để trở thành một hệ thống hoàn chỉnh bằng vô số các dây điện bố trí chằng chịt bên trong panel điện ( tủ điều khiển)

Như vậy, với một hệ thống có nhiều trạm làm việc và nhiều tín hiệu vào/ra thì tủ điều khiển rất lớn Điều đó dẩn đến hệ thống cồng kềnh, sửa chữa khi hư hỏng rất phức tạp và khó khăn Hơn nữa, các rơle tiếp điểm nếu có sự thay đổi yêu cầu điều khiển thì bắt buộc thiết kế lại

từ đầu

1.5.2.3 Hệ thống điều khiển dùng PLC:

Với những khó khăn và phức tạp khi thiết kế hệ thống dùng rơle điện những năm 80, người ta chế tạo ra các bộ điều khiển có lập trình nhằm nâng cao độ tinh cậy, ổn định, đáp ứng

hệ thống làm việc trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt hiệu quả đem lại kinh tế cao Đó là

bộ điều khiển lập trình được, được chuẩn hóa theo ngôn ngữ Anh Quốc là Programmable Logic Controller (viết tắt là PLC)

Hình 1.14: Mô hình một bộ điều khiển lập trình dùng PLC

1.5.3 Cấu trúc bộ nhớ PLC S7-200

Điện cấp vào được dùng cho đơn vị xử lí trung tâm CPU, đa số các bộ điều khiển PLC sử dụng nguồn điện 24 VDC hoặc 220 vAC Người sử dụng cần nắm rõ số lượng đầu vào/ra đảm bảo thiết bị được cấp điện một cách chính xác Mỗi modul khác nhau thì khả năng sử dụng điện khác nhau Người sử dụng phải cấp điện tại các đầu vào hoặc đầu ra phải được tiến hành một

cách riêng biệt mới đảm bảo những ảnh hưởng của các thiết bị máy móc dùng trong công nghiệp không gây hư hại cho bộ điều khiển PLC

Hình 1.15: Sơ đồ kết nối PLC S7-200

1.5.3.1 Vùng nhớ chương trình ứng dụng:

Vùng nhớ chương trình gồm ba khối chính: OB1, SUBROUTIN và INTERRUPT

- OB1: Chứa chương trình chính, các lệnh trong khối này luôn được quét trong mỗi vòng quét

- SUBROUTINE: Chứa chương trình con, được tổ chức thành hàm và có biến hình thức để trao đổi dữ liệu, chương trình con sẽ được thực hiện khi

có lệnh gọi từ chương trình chính

- INTERRUPT: Miền chứa chương trình ngắt, được tổ chức thành hàm và có khả năng trao đổi dữ liệu với bất kỳ một khối chương trình nào khác Chương trình này sẽ được thực hiện khi có sự kiện ngắt xảy ra

1.5.3.2 Vùng chứa các tham số của hệ điều hành và chương trình ứng

dụng:

Được chia thành 7 miền khác nhau :

- V (Variable memory): Vùng nhớ biến

- I (Input image register): Vùng đệm đầu vào

- Q (Output image register): Vùng đệm đầu ra

- M (Internal memory bits): Vùng nhớ các bit nội

- SM (Special memory): Vùng nhớ đặc biệt

1.5.3.3 Vòng quét của PLC S7-200

PLC thực hiện chương trình điều khiển theo chu trình lặp Mỗi vòng lặp là một vòng quét (scan) Mỗi vòng quét đều bắt đầu bằng việc chuyển dữ liệu từ các cổng vào số tới bộ đệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình Trong từng vòng quét, chương trình thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của khối chương trình chính, sau giai đoạn chyển nội dung của

bộ đệm ảo Q tới các cổng ra số Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn xử lí các yêu cầu truyền thông (nếu có) và kiểm tra các trạng thái của CPU Mỗi vòng quét được mô tả như sau:

Hình 1.16: Quá trình hoạt động của một vòng quét

Bộ đệm I và Q không liên quan tới các cổng vào ra tương tự nên các lệnh truy nhập cổng tương tự được thực hiện trực tiếp với cổng vật lí chứ không thông qua bộ đệm

Thời gian cần thiết để PLC thực hiện một vòng quét được gọi là thời gian vòng quét (Scan time) Thời gian vòng quét không cố định, tức là không phải vòng quét nào cũng thực hiện trong một khoảng thời gian như nhau tùy thuộc vào số câu lệnh trong chương trình được thực hiện và khối dữ liệu truyền thông trong vòng quét đó