Bài giảng Tự động hóa quá trình sản xuất - Trường Đại học Thái Bình

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:44

Thêm vào BST

Báo xấu

12
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung bài giảng gồm 6 bài thực hành: Điều khiển dùng biến tần Mitsubishi; Điều khiển dùng biến tần Mitsubishi (tiếp); Ứng dung PLC điều khiển tự động 3 cấp tốc độ của biến tần; Ứng dụng PLC điều khiển trò chơi đường lên đỉnh Olympia; Điều khiển dùng PLC và HMI; Thiết kế giao diện điều khiển giám sát đèn giao thông. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung đầy đủ dưới đây.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Tự động hóa quá trình sản xuất - Trường Đại học Thái Bình

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH THÁI BÌNH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THÁI BÌNH ========= ========= TẬP BÀI GIẢNG TĐH QTSX Học phần/môn học: Tự động hóa quá trình sản xuât Đối tượng: Sinh viên đại học ngành Điện Họ tên giảng viên: Tô Đức Anh Khoa, Trung tâm: Điện-Điện tử Thái Bình, năm
LỜI NÓI ĐẦU Bài giảng Tự động hóa quá trình sản xuất nhằm giúp sinh viên giúp sinh viên có những kiến thức về các thiết bị về tự động hóa như Biến Tần, PLC , Hệ thống giao tiếp giữa thiết bị và máy tính. Bài giảng được chia thành các bài nhỏ và được bố cục từ dễ đến khó nhằm trang bị cho sinh viên những kiến thức căn bản nhất trong lĩnh vực này và phần nào giúp sinh viên có thể sử dụng các thiết bị tự động hóa cơ bản. Nội dung bài giảng gồm 6 bài thực hành: Bài 1: Điều khiển dùng biến tần Mitsubishi Bài 2: Điều khiển dùng biến tần Mitsubishi (tiếp) Bài 3: Ứng dung PLC điều khiển tự động 3 cấp tốc độ của biến tần Bài 4: Ứng dụng PLC điều khiển trò chơi đường lên đỉnh Olympia Bài 5: Điều khiển dùng PLC và HMI Bài 6: Thiết kế giao diện điều khiển giám sát đèn giao thông
BÀI 1: Điều khiển dùng biến tần Mitsubishi 1.1. Mục đích, yêu cầu: - Về kiến thức học: Tìm hiểu về biến tần Mitsubishi và các chế độ cài đặt của biến tần, cách đấu nối và các thông số ứng dụng của biến tần - Về kỹ năng: Thành thạo trong việc cài đặt và sử dụng biến tần - Về thái độ: Nghiêm túc, trật tự. 1.2. Các thiết bị sử dụng - Mô hình biến tần FR-E500 - Dây nối , đồng hồ đo 1.3. Nội dung thực hành 1.3.1. Tóm tắt lý thuyết a) Kiến thức cơ bản về biến tần Biến tần là một thiết bị điện tử có khả năng thay đổi tần số điện tùy theo cài đặt. Đồng thời là thiết bị điện tử có rất nhiều thông số cài đặt nhờ đó có thể điều khiển động cơ một cách linh hoạt. Nguyên lý hoạt động 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 chiều bằng 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 vào tải và có giá trị ít nhất 0.96. Điện áp một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng. Công đoạn này hiện nay được thực hiện thông qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM). Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn lực hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng 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 và tần số vô cấp tuỳ theo bộ điều khiển. Theo lý thuyết, giữa tần số và điện áp có một quy 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 là hàm bậc 4. Điện áp là hàm bậc 4 của tần số. Điều này tạo ra đặc tính mô men là hàm bậc hai của tốc độ phù hợp với yêu cầu của tải bơm/quạt do bản thân mô men cũng lại là hàm bậc hai của điện áp. Hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ biến tần rất cao vì sử dụng các bộ linh kiện bán dẫn công suất được chế tạo theo công nghệ hiện đại. Nhờ vậy, năng lượng tiêu 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 nhau phù hợp hầu hết các loại phụ tải khác nhau. Ngày nay biến tần có tích hợp cả bộ PID và thích hợp với nhiều chuẩn truyền thông khác nhau, rất phù hợp cho việc điều khiển và giám sát trong hệ thống SCADA Biến tần có nhiều loại, nếu chia theo nguồn điện đầu vào ta có 2 loại cơ bản là: Biến tần cho động cơ 1 pha và biến tần cho động cơ 3 pha. Trong đó, biến tần cho động cơ 3 pha được sử dụng rộng rãi hơn. Các lợi ích của Biến tần: Ngày nay bộ biến tần không còn là một thứ xa xỉ tốn kém chỉ dành cho những doanh nghiệp có nguồn lực tài chính dồi dào, những lợi mà biến tần mang lại cho bạn vượt xa rất nhiều so với chi phí bạn phải trả. Do đó, biến tần đang dần trở thành thiết bị không thể thiếu trong mỗi nhà máy. Những lợi ích của việc sử dụng biến tần INVT bao gồm:
 Thay đổi tốc độ động cơ linh hoạt, đáp ứng yêu cầu công nghệ.  Tiết kiệm năng lượng hiệu quả, bảo vệ các thiết bị điện trong cùng hệ thống.  Bảo vệ động cơ, giảm mài mòn cơ khí.  Tăng hiệu quả và năng suất sản xuất. Những điều lưu ý khi sử dụng Biến tần Điều đầu tiên cần làm khi sử dụng biến tần là đọc kỹ các thông số biến tần do hãng sản xuất cung cấp riêng cho từng dòng sản phẩm, điều đó sẽ giúp bạn biết rõ cách đấu dây biến tần đúng quy chuẩn. Để chắc chắn, bạn nên để các đơn vị uy tín có các kỹ sư chuyên môn cao lắp đặt và đấu nối cho bạn. Bên cạnh đó bạn cần tìm hiểu các tính năng phụ của sản phẩm như kháng bụi, kháng nước, chống ăn mòn, nút dừng khẩn cấp, khả năng mở rộng… để lắp đặt, sử dụng và bảo dưỡng thiết bị một cách an toàn và hiệu quả.Có rất nhiều các loại biến tần khác nhau như biến tần Siemens, Omron, ABB, Schneider.... Trong bài thực hành này tập trung tìm hiểu về biến tần Mitsubishi FR-E500 b) Biến tần FR E500 của Mitsubishi Hình 1: Biến tần FR-E5000 của Mitsubishi
Hình 2: Cấu tạo mặt trước của biền tần Trên hình 2 ta thấy mặt trước biến tần có màn hình hiển thị, các nút nhấn để cài đặt gọi là PU, khi mở lớp vỏ bề mặt bên trong là hệ thống các cầu đấu dây Để nối dây biến tần ta cần nắm được cấu tạo của biến tần gồm các chân như sau:
Hình 3: Sơ đồ chân biến tần Trong đó có hệ thống nguồn cấp qua MCCB, ba ngõ ra UVW nối vào động cơ điện xoay chiều ba pha.Chân STF là chân nối vào công tác chạy thuận. Chân STR là chân nối vào công tác chạy nghịch. Chân RH là chân lựa chọn tốc độ cao. Chân RM là chân lựa chọn tốc độ trung bình. Chân RL là chân lựa chọ tốc độ thấp. Chân SD là chân chung Để cài đặt biến tần ta cần sử dụng hệ thống các nút nhấn và màn hình hiển thị như sau
Hình 4: Panel nút nhấn cài đặt Trong đó có nút FWD: Chạy thuận, REV: Chạy nghịch, STOP/RESET: Dừng Nút MODE là lựa chọn chế độ hoạt động. Nút SET là lưu thông số cài đặt Để cài đặt biến tần cần phải thao tác trên các nút nhấn theo chu trình như sau: Hình 5: Sơ đồ cài đặt Đầu tiên người thao tác sẽ nhấn nút MODE cho đến khi truy cập vào nhóm thông số cần cài đặt. Sau đó ấn nút SET để lựa chọn thông số cần cài đặt.
Dưới đây là một số nhóm thông số chính cần cài đặt biến tần
Trong đó: P1 là tần số lớn nhất, P2 là tần số nhỏ nhất, P3 là tần số cơ bản; P4,P5,P6 là ba tần số đa tốc tốc độ, P7 là thời gian tăng tốc, P8 là thời giản giảm tốc, P10 là tần số hãm động năng, P11 là thời gian hãm động năng. Ngoài ra còn có rất nhiều các thông số khác người vận hành cần tra bảng thông số để lựa chọn cài đặt. Để xóa chương trình cài đặt lựa chọn thông số ALLC hoặc PRCL như sau: Trong bài thực hành này tập trung tìm hiểu các thông số thời gian khởi động, dừng, chế độ hãm động năng và tần số chạy của động cơ. Thời gian khởi động động cơ là P8, Thời gian dừng là P9: Dựa vào hình vẽ trên ta thấy P7 là thời gian tăng tốc khoảng cài đặt là 0-360s P8 là thời gian giảm tốc khoảng cài đặt là 0-360s
Đối với hãm động năng thì như sau: Trong đó P10 là tần số cắt hãm Từ những kiến thức trên ta có thể tiến hành bài thực hành cài đặt các thông sô thời gian tăng tốc, giảm tốc và hãm động năng 1.3.2. Trình tự thực hành Bước 1: Nối dây vào biến tần Tiến hành nối dây vào biến tần theo sơ đồ sau Đối với động cơ ba pha
Bước 2: Cài đặt các thông số của biến tần + Cài chế độ tăng tốc giảm tốc - Các chế độ điều khiển của biến tần: Pr79=4 - Tần số hoạt động cài P3=80Hz - Thời gian tăng tốc P7=3s,P8=5s
. Xóa chương trình cài đặt - Lệnh PrCL, AllCL để xóa toàn bộ thông số cài đặt, tiến hành cài đặt lại + Cài chế độ hãm động năng - Cài chế độ hoạt động P79=4 - Cài tần số hoặt động P3=80Hz - Cài tần số hãm động năng P10=70Hz
BÀI 2: Điều khiển dùng biến tần Mitsubishi (tiếp) 2.1. Mục đích, yêu cầu: - Về kiến thức học: Tìm hiểu về biến tần Mitsubishi và các chế độ cài đặt của biến tần, cách đấu nối và các thông số ứng dụng của biến tần - Về kỹ năng: Thành thạo trong việc cài đặt và sử dụng biến tần - Về thái độ: Nghiêm túc, trật tự. 2.2. Các thiết bị sử dụng - Mô hình biến tần FR-E500 - Dây nối , đồng hồ đo 2.3. Nội dung thực hành 2.3.1. Tóm tắt lý thuyết Biến tần là một thiết bị điện tử có khả năng thay đổi tần số điện tùy theo cài đặt. Đồng thời là thiết bị điện tử có rất nhiều thông số cài đặt nhờ đó có thể điều khiển động cơ một cách linh hoạt. Việc thay đổi tốc độ động cơ thông qua thay đổi các tần số điện cấp vào động cơ thông qua hệ thống chuyển đổi bên trong biền tần Trong bài thực hành này tập trung tìm hiểu các thông số chạy đa cấp tốc độ của động cơ thông qua việc cài đặt biến tần Để cài đặt biến tần ở chế độ đa cấp tốc độ cần chú ý các nhóm thông số sau:
2.3.2. Các bước thực hành Bước 1: Tiến hành nối dây biến tần như sau
Bước 2: Cài đặt các thông số của biến tần - Các chế độ điều khiển của biến tần: Pr79=1, - Cài đặt chế độ đa cấp tốc độ P4=30 Hz, P5=40Hz, P6=60Hz, P24=50Hz, P25=70Hz,P26=80Hz
2. Chạy chương trình cài đặt - Tiến hành chạy thử - Nạp chương trình 3.Xóa chương trình cài đặt - Lệnh PrCL, AllCL để xóa toàn bộ thông số cài đặt, tiến hành cài đặt lại
BÀI 3: Ứng dung PLC điều khiển tự động 3 cấp tốc độ của biến tần 3.1. Mục đích, yêu cầu: - Về kiến thức học: Tìm hiểu về biến tần và PLC Mitsubishi và cách kết hợp biến tần và PLC trong điều khiển quá trình - Về kỹ năng: Thành thạo trong việc cài đặt và sử dụng biến tần, PLC - Về thái độ: Nghiêm túc, trật tự. 3.2. Các thiết bị sử dụng - Mô hình biến tần FR-E500 và mô hình PLC tự động hóa - Dây nối , đồng hồ đo 3.3. Nội dung thực hành 3.3.1. Tóm tắt lý thuyết Biến tần là một thiết bị có thể điều khiển động cơ theo các cấp tốc độ khác nhau.Tuy vậy nếu chỉ dùng một mình biến tần thì việc điều khiển động cơ có nhiều hạn chế như không thể dùng thời gian khống chế quá trình chạy các tốc độ khác nhau... PLC là thiết bị logic khả trình có thể điều khiển ngõ ra bằng cách lập trình theo các thuật toán khác nhau. PLC viết tắt của Programmable Logic Controller , là thiết bị điều khiển lập trình được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện. Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm. Một khi sự kiện được kích hoạt thật sự, nó bật ON hay OFF thiết bị điều khiển bên ngoài được gọi là thiết bị vật lý. Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục “lặp” trong chương trình do “người sử dụng lập ra” chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tín hiệu ở ngõ ra tại các thời điểm đã lập trình. Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối ( bộ điều khiển bằng Relay) người ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm thỏa mãn các yêu cầu sau :  Lập trình dể dàng , ngôn ngữ lập trình dể học .  Gọn nhẹ, dể dàng bảo quản , sửa chữa.  Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp .
 Hoàn toàn tin cậy trog môi trường công nghiệp .  Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như : máy tính , nối mạng , các module mở rộng.  Giá cả cá thể cạnh tranh được. Trong PLC, phần cứng CPU và chương trình là đơn vị cơ bản cho quá trình điều khiển hoặc xử lý hệ thống. Chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện sẽ được xác định bởi một chương trình . Chương trình này được nạp sẵn vào bộ nhớ của PLC, PLC sẽ thực hiện việc điều khiể̉n dựa vào chương trình này. Như vậy nếu muốn thay đổi hay mở rộng chức năng của qui trình công nghệ , ta chỉ cần thay đổi chương trình bên trong bộ nhớ của PLC . Việc thay đổi hay mở rộng chức năng sẽ được thực hiện một cách dể dàng mà không cần một sự can thiệp vật lý nào so với các bộ dây nối hay Relay. Khối vào ra là mạch giao tiếp giữa mạch vi điện tử của PLC với các mạch công suất bên ngoài kích hoạt các cơ cấu tác động: thực hiện sự chuyển đổi các mức điện áp tín hiệu và cách ly. Tuy nhiên khối vào/ra cho phép PLC kết nối trực tiếp với các cơ cấu tác động có công suất nhỏ, khỏng 2A trở xuống, không cần các mạch trung gian hay relay trung gian. Tất cả các ngõ vào/ra đếu được cách ly với các tính hiệu điều khiển bên ngoài bằng mạch cách ly quang (opto-isolator) trên khối vào ra. Mạch cách ly quang dùng một diode phát quang và một transistor quang gọi là bộ opto-coupler. Mạch này cho phép các tín hiệu nhỏ đi qua và ghim các tín hiệu điện áp cao xuống mức tín hiệu chuẩn. Mạch này có tác dụng chống nhiễu khi chuyển contact và bảo vệ quá áp từ nguồn cấp điện thường lên đến 1500V. 3.3.1.1.Cấu hình phần cứng của PLC Mitsubishi Kết nối ngõ vào. a. Ngõ vào V DC. SOURCE
SINK 1. Nguồn cung cấp 24VDC 2. Cảm biến PNP (NPN). 3. Contact. 4. MPU (main processing unit). 5. Khối mở rộng. 6. Đầu nối bus mở rộng (trên PLC). 7. Đầu nối bus mở rộng (trên module mở rộng).  Kết nối ngõ vào kiểu transistor NPN.