Đồ án tự động hóa THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN, MẠCH LỰC CHO CÔNG NGHỆ MÁY VẬN CHUYỂN ĐHCN HÀ NỘI

Đồ án tự động hóa THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN, MẠCH LỰC CHO CÔNG NGHỆ MÁY VẬN CHUYỂN ĐHCN HÀ NỘI. CHƯƠNG I. Tổng quan chung về công nghệ 5 1. Giới thiệu về công nghệ và chức năng của máy vận chuyển. 5 2. Lựa chọn công nghệ. 6 3. Động cơ không đồng bộ 7 3.1. Khái niệm 7 3.2. Phân loại 7 3.3. Cấu tạo 7 4. Nguyên lý làm việc động cơ không đồng bộ 11 5. Mở máy động cơ không đồng bộ ba pha 12 6. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ. 14 6.1. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi tần số (Π) 14 6.2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực (p) 14 6.3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp cung cấp cho stato 14 6.4. Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện trở rotor của động cơ rôto dây quấn 14 7. Giới thiệu về PLC S7200 CPU224 ACDCRELAY. 15 CHƯƠNG II. Thiết kế mạch điều khiển, mạch lực 17 1. Quy trình công nghệ 17 2. Thuật toán điều khiển logic 18 CHƯƠNG III. Tính chọn thiết bị 21 1. Lựa chọn cầu chì, cầu dao 21 2. Công tắc hành trình dạng xung 24 CHƯƠNG IV. Kết luận 25

X X’ L’

T

P L

BÀI TẬP LỚN: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN, MẠCH LỰC

CHO CÔNG NGHỆ MÁY VẬN CHUYỂN.

4) Nguyễn Văn Hải

Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Sơn Tùng

NỘI DUNG

Đề tài: Thiết kế mạch điều khiển, mạch lực cho công nghệ máyvận chuyển

Cho công nghệ vận chuyển như hình vẽ:

A,B,C, công tắc hành trình dạng xung

Sử dụng động cơ KĐB có Pđm= x( KW); Uđm=380V; Cosj =0.76 ; nđm=972 v/phút; hđm = 0.85;

T Tên bản vẽ Khổ giấy Số lượng

1 Mạch điều khiển A3 1

PHẦN THUYẾT MINH

Chương 1: Tổng quan chung về cụng nghệ

Chương 2: Thiết kế mạch điều khiển ( dùng PLC), mạch lực ( cóđầy đủ các thiết bị bảo vệ)

Chương 3: Tính chọn thiết bị

Chương 4: Kết quả, kết luận

Ngày giao BTL: 27/3/2019 Ngày hoànthành: 26/04/2019

TRƯỞNG BỘ MÔN

TS Bùi Văn Huy

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Nguyễn Sơn Tùng

LỜI NÓI ĐẦU

Đất nước ta đang trong thời kỳ công nghiệp hóa hiện đại hóanhằm đưa đất nước tiến kịp với các nền kinh tế của các nướctrong khu vực và trên thế giới Các công nghệ tiên tiến, các dâychuyền và thiết bị hiện đại đang từng ngày, từng giờ được ứngdụng vào sản xuất Với vai trò là mũi nhọn của kỹ thuật hiệnđại, lĩnh vực tự động hóa đang phát triển với tốc độ ngày càngcao Trong quá trình sản xuất, việc tự động hóa một dây chuyềnsản xuất đóng vai trò rất quan trọng Nó là cầu nối giữa cáchạng mục sản xuất, giữa các phân xưởng trong nhà máy, giữacác máy công tác trong một dây chuyền Việc điều khiển hoạtđộng của các dây chuyền hiện đại, tiên tiến cũng ngày càng đadạng và phức tạp

Một trong những hoạt động không thể thiếu của một nhà máycông nghiệp hiện đại là hệ thống máy vận chuyển rải liệu Máyvận chuyển là một thiết bị vận chuyển, nâng hạ và di chuyểnsảm phẩm trong nhà máy, năng suất của máy ảnh hưởng rấtlớn đến đến năng suất chung của nhà máy Vì vậy, các thiết bịđiện và hệ thống điều khiển của cần trục phải đảm bảo việctiện lợi, có năng suất cao, vận hành an toàn và thao tác đơngiản, cũng như đáp ứng đầy đủ các đặc điểm, yêu cầu côngnghệ của hệ thống

Đồ án “ Thiết kế mạch điều khiển, mạch lực cho công nghệ máy vận chuyển”, nhằm mục đích cho sinh viên tiếp

xúc làm quen với các hệ thống vận chuyển Sử dụng nhữngphương pháp tổng hợp hệ thống đã học vào thực nghiệm, làmquen với các thiết bị điều khiển truyền động, ghép nối mạch

điều khiển Trang bị cho chúng ta những kiến thức cơ bản trướckhi ra trường.

Trong quá trình thiết kế chúng em đã được sự chỉ dẫn tận tình

của thầy Nguyễn Sơn Tùng, chúng em xin chân thành cảm ơn

thầy Trong thời gian ngắn cùng với kiến thức và kinh nghiệm cóhạn, trong đồ án này không tránh khỏi những sai sót, chúng emmong nhận được những ý kiến đóng góp của thầy cô và cácbạn

Chúng em xin chân thành cảm ơn !!!

CHƯƠNG I Tổng quan chung về công nghệ

1 Giới thiệu về công nghệ và chức năng của máy vận

chuyển.

Máy vận chuyển là thiết bị dùng để nâng bốc vận chuyển hànghoá thiết bị dùng trên công trường xây dựng, trong nhà máycông nghiệp luyện kim, cơ khí lắp ráp, trong hải cảng Theochức năng, máy vận chuyển được chia ra làm hai loại:

Máy vận chuyển được dùng rộng rãi với yêu cầu chính xáckhông cao

Máy vận chuyển lắp ráp dùng nhiều trong các nhà máy cơ khí

để lắp ghép các chi tiết máy móc với yêu cầu chính xác cao.Máy vận chuyển trong bài có thể di chuyển phụ tải theo haiphương: phương nằm ngang và phương thẳng đứng nhờ vào hệthống truyền động đặt trên cần trục

Chế độ làm việc của các cơ cấu vận chuyển được xác định từcác yêu cầu của quá trình công nghệ, chức năng của máy vậnchuyển trong dây truyền sản xuất Nhìn chung, các thiết bị điệnmáy vận chuyển làm việc trong chế độ ngắn hạn lặp lại, dễ bịquá tải nhiều, tần số đóng cắt lớn, chế độ quá độ xảy ra nhanhkhi mở máy, hãm và đảo chiều

Từ những đặc điểm của hệ thống máy vận chuyển nói chung,

có thể đưa ra các yêu cầu công nghệ cơ bản của hệ thống máyvận chuyển:

Sơ đồ cấu trúc của hệ điều khiển tự động phải đơn giản Cácphần tử cấu thành có độ tin cậy cao, đơn giản về cấu tạo vàthay thế dễ dàng Cầu trục phải được bảo vệ chống quá tải vàchống ngắn mạch bằng cầu chì trong mạch động lực

Quá trình mở máy diễn ra theo một luật đã được định sẵn Sơ

đồ điều khiển chung cho cả hai động cơ

Đảm bảo ở tốc độ thấp và dừng chính xác

Để bảo vệ an toàn cho người và thiết bị khi vận hành, trong sơ

đồ điều khiển nhất thiết phải dùng các công tắc hành trình đểhạn chế sự chuyển động của cơ cấu khi chúng vượt quá giớihạn cho phép

Khi có sự cố, phải có khả năng điều chỉnh hệ thống về vị trí banđầu để chuẩn bị tiến hành một chu trình làm việc mới

Các khí cụ, thiết bị điện trong hệ thống truyền động và điềukhiển phải làm việc tin cậy trong các điều kiện của môi trườngnhằm nâng cao năng suất, an toàn trong vận hành

Bộ truyền động: Toàn bộ chuyển động do hai động cơ KĐB.

Động cơ 1 cho phép chuyển động theo phương nằm ngang:sang phải hoặc sang trái

Động cơ 2 cho phép chuyển động theo phương thẳng đứng:xuống dưới và lên trên

Bộ công tắc hành trình dạng xung: các công tắc hành trình tựphục hồi A,B,C

Mạch điều khiển: các thiết bị đóng cắt có tiếp điểm

3 Động cơ không đồng bộ

3.1 Khái niệm

Động cơ không đồng bộ 3 pha là máy điện xoay chiều làm việctheo nguyên lý cảm ứng điện từ, có tốc độ của rotor khác vớitốc độ từ trường quay trong máy

Động cơ không đồng bộ 3 pha được dùng nhiều trong sảnxuất và sinh hoạt vì chế tạo đơn giản, giá rẻ, tin cậy cao, vậnhành đơn giản, hiệu suất cao, và gần như không cần bảo trì Dảihoạt động từ vài Watt đến 10.000hp Các động cơ từ 5hp trở lênhầu hết là 3 pha còn động cơ nhỏ hơn 1hp thường là 1 pha

3.2 Phân loại

Có thể phân động cơ không đồng bộ thành hai nhóm chính:

a Động cơ không đồng bộ một pha.

Chỉ có một cuộn dây stato, hoạt động bằng nguồn điện mộtpha, có một rôto lồng sóc và cần một thiết bị để khởi động độngcơ

Hiện nay, đây là loại động cơ phổ biến nhất sử dụng trong cácthiết bị tại gia đình như quạt, máy giặt, máy sấy quần áo và cócông suất trong khoảng 3 - 4 mã lực

b Động cơ không đồng bộ ba pha.

Từ trường quay do nguồn cung ba pha cân bằng sinh ra.Những động cơ loại này có năng lực công suất cao hơn, có thể

có rotor lồng sóc hoặc rotor dây quấn (khoảng 90% là có rotorlồng sóc), và tự khởi động.

Ước tính khoảng 70% động cơ trong công nghiệp thuộc loạinày, chúng được sử dụng trong máy bơm, máy nén, băng tải,lưới điện công suất cao và máy mài Chúng thích hợp trong dải

từ 1/3 tới hàng trăm mã lực

3.3 Cấu tạo

Giống như các loại máy điện quay khác ,động cơ không đồng bộ

ba pha gồm có các bộ phận chính sau :

Phần tĩnh hay còn gọi là stator

Phần quay hay còn gọi là rotor

3.3.1 Phần tĩnh ( hay Stator ):

• Vỏ máy

Vỏ máy có tác dụng cố định lõi thép và dây quấn Thường võmáy làm bằng gang Đối với vỏ máy có công suất tương đối

lớn ( 1000 kw ) thường dùng thép tấm hàn lại làm vỏ máy ,tùytheo cách làm nguội ,máy và dạng vỏ máy cũng khác nhau

• Lõi thép

Lõi thép là phần dẫn từ Vì từ trường đi qua lõi thép là từtrường quay nên để giảm bớt tổn hao, lõi thép được làm bằngnhững lá thép kỹ thuật điện dày 0,5 mm ép lại Khi đườngkính ngoài của lõi thép nhỏ hơn 990mm thì dùng cả tấmthép tròn ép lại Khi đường kính ngoài lớn hơn trị số trênthì phải dùng những tấm thép hình rẻ quạt ghép lại thànhkhối tròn

Mỗi lõi thép kỹ thuật điện đều có phủ sơn cách điện trên bềmặt để giảm hao tổn do dòng điện xoáy gây nên .Nếu lõithép ngắn thì có thể ghép thành một khối nếu lõi thép quádài thì ghép thành những tấm ngắn mỗi tấm thép dài từ 6 đến

8 cm đặt cách nhau 1cm để thông gió cho tốt Mặt trong cùa

lá thép có sẽ rảnh để dặt dây quấn

• Dây quấn

Dây quấn stator được đặt vài các rãnh của lõi thép và đượccách điện tốt với lõi thép Dây quấn phấn ứng là phần dâybằng đồng được trong các rãnh phần ứng và làm thành mộthoặc nhiều vòng kín Dây quấn là bộ phận quan trọng nhấtcủa động cơ vì nó trực tiếp tham gia vào quá trình biến dổinăng lượng từ điện năng thành cơ năng Đồng thời về mặt

Hình 1.2 tấm thép hình

rẻ quạt

kinh tế thì giá thành của dây quấn cũng chiếm tỷ lệ khá caotrong toàn bộ giá thành của máy

- Các yêu cầu đối với dây quấn bao gồm :

+Sinh ra được một sức điện động cần thiết có thể cho mộtdòng điện nhất định chạy qua mà không bị nóng quá mộtnhiệt độ nhất định để sinh ra một moment cần thiết đồng thờiđảm bảo đổi chiều tốt

+Triệt để tiết kiệm vật liệu , kết cấu đơn giản làm việc chắcchắn an toàn

-Dây quấn phấn ứng có thể phân ra làm các loại chủ yếu sau :+Dây quấn xếp đơn và dây quấn xếp phức tạp

+Dây quấn song đơn và dây quấn song phức tạp

Trong một số máy cỡ lớn còn dùng dây quấn hỗn hợp đó là sựkết hợp giữa hai dây quấn xếp và song

3.3.2 Phần quay ( hay Rotor )

Phần này gồm 2 bộ phận chính là lõi thép và dây quấn rotor:

• Lõi thép

Nói chung người ta dùng các lá thép kỹ thuật điện như ởstator lõi thép được ép trực tiếp lên trục máy hoặc lên một giárotor của máy Phía ngoài của lá thép có sẽ rãnh để đặt dâyquấn

• Dây quấn Rotor

Phân loại làm hai loại chính rotor kiểu dây quấn va roto kiểulồng sóc:

Loại rotor kiểu dây quấn : rotor kiểu dây quấn cũng giống nhưdây quấn ba pha stator và có cùng số cực từ dây quấnstator Dây quấn kiểu này luôn đấu hình sao ( Y ) và có ba đấu

ra đấu vào ba vành trượt gắn vào trục quay rotor và cách điệnvới trục Ba chổi than cố định và luôn tỳ trên vành trượt này

để dẫn điện và một biến trở cũng nối sao nằm ngoài động Cơ

để khởi động hoặc điều chỉnh tốc độ

• Rotor kiểu dây quấn

Rotor kiểu lồng sóc: Gồm các thanh đồng hoặc thanh nhômđặt trong rãnh và bị ngắn mạch bởi hai vành ngắn mạch ở haiđấu Với động cơ nhỏ, dây quấn rotor được đúc nguyên khốigồm thanh dẫn, vành ngắn mạch, cánh tản nhiệt và cánhquạt làm mát Các động cơ công suất trên 100kw thanh dẫnlàm bằng đồng được đặt vào các rãnh rotor và gắn chặt vànhngắn mạch

• Khe hở

Vì rotor là một khối tròn nên khe hở đều , khe hở trong máyđiện không đồng bộ rất nhỏ ( từ 0,2mm đến 1mm trong máy

điện cở nhỏ và vừa ) để hạn chế dòng điện từ hóa lấy từ lướivào, và như vậy có thể làm cho hệ số công suất của máy tăngcao

4 Nguyên lý làm việc động cơ không đồng bộ

Khi ta cho dòng điện ba pha tần số Π vào ba dây quấn stato

sẽ tạo ra từ trường quay với tốc độ là n1 = 60 Π /p

Từ trường quay cắt các thanh dẫn của dây quấn rôto và cảmứng các sức điện động Vì dây quấn rotor nối kín mạch, nênsức điện động cảm ứng sẽ sinh ra dòng điện trong các thanhdẫn rotor

Lực tác dụng tương hỗ giữa từ trường quay của máy với thanhdẫn mang dòng điện rotor, kéo rotor quay với tốc độ n <

n1 và cùng chiều với n1

Tốc độ quay của rotor n luôn luôn nhỏ hơn tốc độ từ trườngquay n1 vì tốc độ bằng nhau thì trong dây quấn rotor khôngcòn sức điện động và dòng điện cảm ứng, cho nên lực điện từbằng không

Hệ số trượt của tốc độ : s = (n1-n)/n1

Tốc độ của động cơ : n= 60 Π /p

Khi mở máy động cơ phải thỏa mãn ba yêu cầu:

Mômen mở máy động cơ phải lớn hơn Mômen cản của tải lúc

Mở máy động cơ rôto dây quấn

Khi mở máy dây quấn rotor được nối với biến trở mở máy Đầu tiên để biến trở lớn nhất, sau đó giảm dần đến không.Đường đặc tính cơ ứng với các giá trị Rmở

Khi có điện trở mở máy Rmở , dòng điện pha lúc mở máy :

Khi Rmở tăng thì Mmm tăng

Nhờ có RMở dòng điện mở máy giảm xuống và Mômen mở máytăng

Đó là ưu điểm của động cơ rotor dây quấn

Mở máy động cơ lồng sóc

Mở máy trực tiếp

+ Phương pháp đóng trực tiếp động cơ điện vào lưới điện

Khuyết điểm của phương pháp này là dòng điện mở máy lớn,làm tụt điện áp mạng điện rất nhiều Phương pháp này dùngđược khi công suất mạng điện (hoặc nguồn điện) lớn hơn côngsuất động cơ rất nhiều

+ Giảm điện áp cung cấp cho stator

Khi mở máy ta giảm điện áp vào động cơ, cũng làm giảmđược dòng điện mở máy

Khuyết điểm của phương pháp này mômen mở máy giảm rấtnhiều, vì thế chỉ sử dụng được đối với trường hợp không yêucầu mômen mở máy lớn

Các biện pháp giảm điện áp như sau:

- Dùng điện kháng nối tiếp vào mạch stator

Lúc mở máy, cầu dao K2 mở, cầu dao K1 đóng Khi động cơ đãquay ổn định thì đóng K2 và ngắt K1

Nhờ có điện áp rơi trên điện kháng, điện áp trực tiếp đặt vàođộng cơ giảM đi k lần, dòng điện sẽ giảm đi k lần, songmômen giảm đi k2 lần (vì M~U2)

Khi mở máy trực tiếp, dòng điện I1 =U1/zn

Dòng điện của lưới điện giảm đi k2 lần

Điện áp đặt vào động cơ giảm k lần, nên mômen sẽ giảm

k2 lần

- Phương pháp đổi nối sao – tam giác

Phương pháp này chỉ dùng được với những động cơ khi làmviệc bình thường dây quấn stato nối hình tam giác

Khi mở máy ta nối hình sao để điện áp đặt vào mỗi pha giảm.Sau khi mở máy ta đổi nối lại thành hình tam giác như đúngquy định của máy

6 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ.

Tốc độ của động cơ điện không đồng bộ : n = 60Π/p.(vòng/phút)

6.1 Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi tần số (Π)

Thay đổi tần số Π của dòng điện stator được thực hiện bằng bộbiến tần Khi thay đổi tần số người ta mong muốn giữ cho từthông Π max không đổi, cho nên phải giữ cho tỷ số điện áp và tần

số không đổi

Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi tần số cho phép điều chình tốc

độ một cách bằng phẳng trong phạm vi rộng và cho cả nhómđộng cơ, song giá thành tương đối đắt

6.2 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực (p)

Số đôi cực của từ trường quay phụ thuộc vào cấu tạo dây quấn.Muốn thay đổi P ta phải thay đổi cách đấu dây hoặc có cáchcấu tạo dây quấn đặc biệt

6.3 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp cung cấp cho stato

Phương pháp này chỉ thực hiện việc giảm điện áp

Khi giảm điện áp đường đặc tính M= Π (s) sẽ thay đổi do đó hệ

số trượt thay đổi, tốc độ động cơ thay đổi

Nhược điểm của phương pháp này là giảm khả năng quá tải củađộng cơ, phạM vi điều chỉnh hẹp, tăng tổn hao và chỉ sử dụngcho các động cơ công suất nhỏ

6.4 Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện trở rotor của động cơ rôto dây quấn

Khi tăng điện trở, dòng điện rotor giảm dẫn đến lực từ giảm chonên tốc độ quay của động cơ giảm

Phương pháp này đơn giản, điều chỉnh trơn và khoảng điềuchỉnh tương đối rộng

7 Giới thiệu về PLC S7-200 CPU224 AC/DC/RELAY.

- Nguồn cấp: 85-264VAC 47-63Hz

Kích thước: 120.5mm x 80mm x 62mm

Dung lượng bộ nhớ chương trình: 4096 words

Dung lượng bộ nhớ dữ liệu: 2560 words

Chương trình được bảo vệ bằng Password

Toàn bộ dung lượng nhớ không bị mất dữ liệu 190 giờ khi PLC

• Mô tả các đèn báo trên S7-200:

SF (đèn đỏ): Đèn đỏ SF báo hiệu khi PLC có hỏng hóc.

RUN (đèn xanh): Đèn xanh sáng báo hiệu PLC đang ở chế độ

làm việc và thực hiện chương trình nạp ở trong máy

STOP ( đèn vàng) :Đèn vàng báo PLC đang ở chế độ tắt,

chương trình đang dừng hoạt động

Ix.x ( đèn xanh) chỉ trạng thái logic tức thời của cổng Ix.x Đèn

CHƯƠNG II Thiết kế mạch điều khiển, mạch lực

di chuyển lên trên và gặp công tắc hành trình A lần thứ nhấtrồi dừng lại Đồng thời, động cơ Đ2 di chuyển sang phải gặpcông tắc hành trình C lần thứ nhất rồi dừng lại Đồng thờiđộng cơ Đ1 hoạt động, di chuyển xuống dưới lần thứ hai đến

vị trí gặp công tắc hành trình B lần thứ hai động cơ Đ1 dichuyển lên trên lần thứ hai đến vị trí gặp công tắc hành trình

C lần thứ hai thì dừng Đồng thời động cơ Đ2 di chuyển sangtrái đến vị trí gặp công tắc hành trình A lần thứ hai Kết thúcmột chu trình hoạt động

2 Thuật toán điều khiển logic

-Tín hiệu vào: