Chương trình PLC điều khiển nhóm bơm giếng trong Nhà máy nước Yên Phụ

tính cơ có độ cứng cao và khả năng quá tải đủ lớn, đồng thời với việc điều chỉnh tần số dòng điện f1 phải điều chỉnh điện áp U1 sao cho từ thông là không đổi như lúc tần số định mức. Quan hệ giữa tần số và tốc độ quay được biểu diễn như sau: n = (III-4) Trong đó : f - tần số dòng điện p - số đôi cực. a. Điều chỉnh tần số - điện áp: Khi điều chỉnh tần số thì trở kháng, từ thông, dòng điện của động cơ thay đổi, để đảm bảo 1 số chỉ tiêu điều chỉnh mà không làm động cơ bị quá dòng thì cần phải điều chỉnh cả điện áp. Đối với hệ thống biến tần nguồn áp thường có yêu cầu là giữ cho khả năng quá tải về momen là không đổi trong suốt dải điều chỉnh tốc độ. Sơ đồ nguyên lý bộ biến tần nguồn áp gồm các khối sau: - Khối chỉnh lưu. - Lọc. - Nghịch lưu độc lập. - Động cơ không đồng bộ. - NMC: do khối chỉnh lưu tạo ra. Uđk NMC Id Ud D1 D3 D5 D4 D6 D2 S1 S3 S5 S4 S2 S6 Tải L Hình III.5 Sơ đồ khối nguyên lý biến tần nguồn áp. - Nghịch lưu gồm 6 khoá dẫn và 6 van không điều khiển. Các khoá nghịch lưu được đóng cắt theo một thứ tự nhất định tạo thành điện áp xoay chiều ba pha đặt lên động cơ chấp hành, góc dẫn các khoá là 1800; thời điểm các khoá S 1, S3 , S5 và S 2, S4 , S6 bắt đầu dẫn lệch nhau lầ 1200 do đó điện áp ra của nghịch lưu cũng là 1200. Để điện áp ra nghịch lưu là hình sin và đảm bảo tần số yêu cầu thì việc điều khiển là rất phức tạp, do đó việc chế tạo các biến tần khá khó khăn và đòi hỏi kỹ thuật cao. b. Điều chỉnh tần số nguồn dòng điện: Biến tần nguồn dòng: biến tần nguồn dòng có ưu điểm là tăng được công suất đơn vị máy, mạch lực đơn giản mà vẫn thực hiện được hãm tái sinh động cơ. Nguồn điện một chiều cấp cho nghịch lưu phải là nguồn dòng điện, để tạo ra nguồn dòng một chiều thường dùng chỉnh lưu điều khiển hoặc băm xung áp một chiều có bộ điều chỉnh dòng điện có cấu trúc tỷ lệ - tích phân, mạch lực là điện kháng tuyến tính có trị số điện cảm đủ lớn. Do có nguồn dòng 1 chiều nên việc chuyển mạch các van bán dẫn có thể thực hiện bằng điện áp trên các tụ chuyển mạch. ở hệ thống biến tần nguồn dòng, mômen tới hạn chỉ phụ thuộc vào bình phương dòng điện stator mà không phụ thuộc vào tần số. ĐK CL RI Iđ id L Z D1 D3 D5 D4 D6 D2 T2 T6 T4 T5 T1 T3 U ~ CL (-) Hình III.6 Sơ đồ khối nguyên lý biến tần nguồn dòng. * Ưu điểm của các bộ biến tần: - Sử dụng các bộ biến tần có thể điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ trong một dải rộng, có khả năng điều chỉnh trơn. - Việc điều chỉnh tốc độ quay của rotor bằng phương pháp tần số sẽ được dùng thuận lợi khi điều khiển cả nhóm động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc. Tuy có nhiều ưu điểm như vậy nhưng thực tế các bộ biến tần rất đắt tiền, đặc biệt là với các biến tần công suất lớn. Ngày nay, với sự phát triển của công nghệ hiện đại, việc chế tạo các bộ biến tần cũng dễ dàng hơn do đó giá thành giảm, biến tần cũng được sử dụng rộng rãi hơn. Các bộ biến tần hiện đại chủ yếu dựa trên cơ sở lý thuyết vector không gian. Việc điều khiển đóng mở các van sử dụng các bộ vi xử lý có tính linh hoạt cao. Các vector dòng điện và điện áp qui về hệ toạ độ hai trục a và b. Các thành phần phi tuyến thông qua các hệ thống tuyến tính phức tạp được qui về các thành phần tuyến tính, sau đó tính toán để qui về như cũ. Các bộ biến tần của hãng SIEMENS dựa trên cơ sở lý thuyết vector không gian. II. Đặt các thông số của biến tần: Hiện nay có rất nhiều loại biến tần của các hãng khác nhau như: ABB, SIEMENS, OMRON, MITSHUBITSI...Tuy nhiên biến tần của hãng SIEMENS được sử dụng rộng rãi hơn vì chúng có nhiều ưu điểm và giá cả khá hợp lý. Sau đây là hình ảnh của một số biến tần: Biến tần của hãng SIEMENS. Biến tần của hãng OMRON. Với yêu cầu của động cơ bơm là 42KW, ta chọn loại biến tần MIDI MASTER ECO vì nó có những đặc điểm phù hợp với bài toán đặt ra: - Điều khiển bằng vi xử lý tin cậy và linh hoạt. - Khả năng điều khiển từ xa thông qua cáp truyền thông RS485. - Có nhiều thông số đảm bảo hết các ứng dụng. - Bộ nhớ trong ổn định để lưu giữ các thông số đã được cài đặt. - Tần số ra ( tương ứng với tốc độ môtor ) có thể được điều chỉnh bằng một trong 5 phương pháp sau: + Đặt tần số bằng đầu Digital. + Điểm đặt tần số bằng đầu Analog. + Chiết áp của motor. + Tần số cố định. + Thông qua truyền số liệu từ xa. - Định sẵn hãm bằng dòng một chiều. - Định sẵn hãm bằng điện trở ngoài. - Bộ lọc tích phân. - Bảng điều khiển mặt trước bằng màng mềm. - Hai đầu ra rơle liên hợp. - Điều khiển vòng đóng dùng bộ PID.( có thể điều chỉnh lưu lượng, áp suất hoặc một thông số bất kỳ nào đó cần giữ ổn định). - Bảo vệ tuỳ chọn. MIDI MASTER là họ các bộ biến tần với một mạch kết nối 1 chiều dùng cho các truyền động tốc độ xoay chiều. Bộ biến tần được điều khiển bằng bộ vi xử lý bên trong. Phương pháp điều biến độ rộng xung cho phép motor hoạt động cực kỳ êm. 2. Các bộ phận tuỳ chọn và phụ tùng: - Bộ phận hãm MIDIMASTER. - Bộ lọc tích phân. - Bảng điều khiển nâng cao. - Modul PROFIBUS. - Phần mềm SIMOVIS để điều khiển qua PC. - Các cuộn cảm kháng đầu ra và cảm kháng dây. - Các bộ lọc đầu ra. Với motor truyền động công suất 42 KW ta chọn loại biến tần 45KW . Các thông số của biến tần 45KW: - Kiểu ECO1 - 4500/3. - Công suất 45KW. - Cỡ khung : 6. - Dùng điện 3 pha 380V. - Kích thước: 275 x 650 x 285. Cân nặng 27 (kg). 1 +10V 0V 2 3 4 A D 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 AIN+ AIN- DIN1 DIN2 DIN3 RL1B RL1C AOUT+ AOUT- P+ N- RS485 CPU AC DC DC AC RL1 D A 24V Nguồn cấp Động cơ Hình III.7 Cấu trúc chung của biến tần hãng SIEMENS Đầu vào PID . I Hình II.8 Sơ đồ nguyên lý biến tần SIEMENS. Hình III.9 Dạng điện áp và dòng điện. M u v w L1 L2 L3 các đầu nối tới mô tơ 3 pha 380V AC 3. Các đầu nối cho nguồn cấp điện và motor: L1, L2, L3 : các đầu nối tới điện áp lưới 3 pha xoay chiều. u, v, w : các đầu ra của biến tần để nối tới động cơ. Tổng chiều dài dây nối đến motor không được vượt qua 150 m. Nếu có cuộn kháng thì có thể nối tới 200 m. 4. Các đầu nối điều khiển. P10 0V AIN+ AIN- D1 D2 D3 D4 P15+ PIN+ PIN- Aout- PTC PTC D5 D6 R1A R1B R1C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 R2B R2C P5V+ N- P+ P5V+ 21 22 23 24 25 26 Các thông số đầu vào: 1 - 2: Đầu nối nguồn cung cấp +10V max . 10mA . 3 - 4 : đầu vào tương tự để đặt tần số. Các giá trị đặt có thể là: -10V đến +10V. 0/2V đến 10V. 0/4mA đến 20mA. 5 á8 :D1 - D4 đầu vào số. (điện áp 7.5 đến 33 V, 5mA ). 9 : nguồn cung cấp cho bộ chuyển đổi PID (PID transducer ) 15V max, 20mA. 10 -11: đầu vào phản hồi analog (dùng cho bộ PID). 0V - 10V hoặc 0 - 20mA. 12-13: đầu ra analog 1 - 0/4 đến 20mA. 14- 15: đầu vào bảo vệ nhiệt motor. 16-17:Đầu vào số. 18-19-20 và 21-22: các đầu ra rơle. 23 - 26: các đầu truyền thông USS - protocol. RS 485. 27: đầu ra analog 2 sử dụng với đầu 13. 5. Đặt các thông số cho biến tần: 5.1 Các thông số vận hành: Khái quát: - Bộ biến tần không có khoá nguồn chính vì vậy nó luôn luôn hoạt động khi nguồn được đóng. Nó chuyển sang trạng thái chờ với các đầu ra không hoạt động cho đến khi bấm nút RUN hoặc có tín hiệu ON qua cổng 8 (các thông số P051áP055). - Nếu tần số đầu ra (P001=0) được chọn, điểm đặt tương ứng được hiển thị khoảng chừng 1,5 giây một lần khi bộ biến tần ngừng chạy. - Các thông số của bộ biến tần (thông số ngầm định) được đặt cho các ứng dụng tiêu chuẩn trên các động cơ chuẩn 4 cực. Khi sử dụng các động cơ khác, cần phải nhập các thông số kỹ thuật từ bảng ghi công suất vào các thông số P081 tới P085. - Nếu bộ biến tần được sử dụng cho một động cơ 8 cực, đặt P082 tới tốc độ gấp 2 lần tốc độ danh định của động cơ. Như vậy màn hình sẽ hiển thị tốc độ của động cơ lớn gấp hai lần số vòng/ phút thực tế của động cơ khi đặt P001=5. - Khi một giá trị thông số được đặt, nó được tự động lưu vào bộ nhớ. b. Vận hành cơ bản: Phương pháp cơ bản nhất để khởi động và sử dụng bộ biến tần được miêu tả dưới đây. Phương pháp này sử dụng một điểm đặt tần số digital và chỉ yêu cầu thay đổi các thông số có số nhỏ nhất từ các giá trị đặt mặc định. Đóng điện từ nguồn chính vào bộ biến tần. Đặt thông số P009 tới 002 hoặc 003 để cho tất cả các thông số có thể điều chỉnh được. Đặt thông số P005 tới điểm đặt tần số thích hợp. Kiểm tra các thông số P081 tới P085 và đảm bảo rằng chúng thích hợp với các yêu cầu nêu rõ trong bảng công suất trên động cơ. Bấm nút chạy (I) trên tấm bảng mặt trước của bộ biến tần. Bộ biến tần bây giờ sẽ điều khiển động cơ chạy ở tần số đã được đặt bởi thông số P005. Nếu yêu cầu tốc độ động cơ (vd tần số) có thể được thay đổi trực tiếp bằng cách sử dụng các nút D, ẹ. (Đặt P011 tới 001) để làm cho việc đặt tần số mới được lưu lại trong bộ nhớ trong suốt các quá trình khi bộ biến tần không hoạt động. c.Vận hành điều khiển số (digital): Để ghi cấu hình khởi động cơ bản sử dụng điều khiển số, ta tiến hành như sau: Nối đầu điều khiển 7 tới đầu điều khiển 8 qua một công tắc tắt mở bình thường. Lắp vỏ vào và đóng nguồn chính vào bộ biến tần. Đặt thông số P009 tới 002 hoặc 003 để cho tất cả các thông số có thể điều chỉnh được. Kiểm tra thông số P006 được đặt tới 000 để định rõ điểm đặt số (digital). Đặt thông số P007 tới 000 để định rõ đầu vào số (vd chọn cổng 8 - DIN1 trong trường hợp này) và làm bảng điều khiển mặt trước mất hiệu lực. Đặt thông số P005 tới điểm đặt tần số mong muốn. Kiểm tra các thông số P081 tới P085 và đảm bảo rằng chúng thích hợp với các yêu cầu nêu rõ trong bảng công suất trên động cơ. Bật công tắc đóng cắt giữa đầu 7 và đầu 8 lên ON (đưa tín hiệu điều khiển vào cổng 8). Bộ biến tần bây giờ sẽ điều khiển động cơ chạy ở tần số đã được đặt bởi thông số P005. d. Vận hành điều khiển tương tự: Để ghi cấu hình khởi động cơ bản sử dụng điều tương tự, ta tiến hành như sau: Nối đầu điều khiển 7 tới đầu điều khiển 8 qua một công tắc tắt mở bình thường. Nối một biến trở 4,7kW tới các đầu điều khiển, hoặc nối tín hiệu 0á10V đầu (+) nối vào chân 3, đầu (-) nối vào chân 2 và chân 4. Đặt SW1 vào vị trí đầu vào điện áp (V). Lắp vỏ vào và đóng nguồn chính vào bộ biến tần. Đặt thông số P009 tới 002 hoặc 003 để cho tất cả các thông số có thể điều chỉnh được. Kiểm tra thông số P006 được đặt tới 001 để định rõ điểm đặt tương tự (analog). Đặt thông số P007 tới 000 để định rõ đầu vào số (vd chọn cổng 8 - DIN1 trong trường hợp này) và làm bảng điều khiển mặt trước mất hiệu lực. Đặt thông số P021 và P022 để định rõ mức dặt tần số đầu ra cực đại và cực tiểu. Kiểm tra các thông số P081 tới P085 và đảm bảo rằng chúng thích hợp với các yêu cầu nêu rõ trong bảng công suất trên động cơ. Bật công tắc đóng cắt giữa đầu 7 và đầu 8 lên ON (đưa tín hiệu điều khiển vào cổng 8). Điều chỉnh điện áp của đầu điều khiển tương tự cho đến khi tần số mong muốn hiển thị trên bộ biến tần. Bộ biến tần bây giờ sẽ điều khiển động cơ chạy ở tần số đã được đặt bởi tín hiệu điều khiển analog. e. Điều khiển cục bộ và điều khiển từ xa: Bộ biến tần có thể được điều chỉnh cục bộ (mặc định) hoặc từ xa thông qua một đường cáp dữ liệu USS tới các cổng giao diện bên trong (chân 13 và 14) hoặc tới đầu nối kiểu chữ D_RS485 trên mặt bảng điều khiển mặt trước. Khi sử dụng điều khiển cục bộ, bộ biến tần chỉ có thể có thể được điều khiển thông qua bảng điều khiển mặt trước hoặc các đầu cuối điều khiển. Các lệnh điều khiển hoặc các thông số thay đổi nhận được từ giao diện RS485 không có hiệu lực. Đối với điều khiển từ xa, giao diện nối tiếp được thiết kế như một cáp điện đôi để truyền dữ liệu hai chiều. f. Dừng motor: Có thể dừng motor theo nhiều cách: - Huỷ bỏ lệnh ON hoặc ấn nút OFF trên tấm bảng mặt trước làm cho máy dừng làm cho máy dừng ở tỉ lệ lựa chọn. - Làm cho motor đứng lại từ từ. - Làm cho motor hãm nhanh. - Phanh hãm điện từ. - Hãm điện trở. g. Điều khiển mạch vòng kín: Các bộ biến tần của SIEMEN (MICRO MASTER và MIDI MASTER) đều cung cấp chức năng điều khiển mạch vòng kín PID (hình III.10). Xử lý V=0á10V I=0á20mA Mở=0á5V Đóng=0á20mA P201=002 P201=001 M D I P Cảm biến Điểm đặt P211, P212 Cân bằng P202 P203, P207 P204 Ngắt P002, P003 Mô tơ P208 Chọn đầu vào SW2 X2 X1 SW1 P206 P205 Mẫu Máy lọc + - Hình III.10 - Điều khiển mạch vòng kín. Mạch điều khiển mạch vòng kín rất lý tưởng trong điều khiển áp suất và nhiệt độ, hoặc các điều khiển khác nơi các thay đổi biến số điều khiển rất chậm hoặc nơi các nỗi nhất thời không được coi là quan trọng. Điều khiển mạch đóng không thích hợp cho sử dụng trong các hệ thống yêu cầu thời gian phản hồi nhanh. Khi chức năng điều khiển mạch đóng có tác dụng (P201=001 hoặc 002), tất cả các điểm đặt được xác định giữa 0 và 100% (Ví dụ: một điểm đặt 50.0=50%).Điều này cho phép ứng dụng vào các mục đích chung cho các quá trình được hoạt động bởi tốc độ động cơ (áp suất, nhiệt độ, lưu lượng,...) 5.2 Các thông số đặt: ở đây ta dùng đầu vào analog, hiển thị tần số của động cơ trên màn hiển thị của biến tần. Các thao tác để đặt thông số cho biến tần: Phím Thao tác Hiển thị P Vào thông số P000 Lựa chọn thông số cần thay đổi. P Chứng nhận bạn muốn thay đổi thông số này. Giá trị hiện tại được hiển thị. Sử dụng phím này để thay đổi giá trị yêu cầu. P Khẳng định giá trị muốn thay đổi. Thông số mới đặt sẽ được hiển thị lại. Sử dụng phím này để về thông số P000. Căn cứ vào yêu cầu của công nghệ, ta đặt các thông số như sau: (Những thông số không đặt ta để mặc định). a. Thông số P001: Có thể hiển thị các thông số đặt bởi giá trị P001: 0- Hiển thị tần số ra. 4- Mômen motor.(%). 1- hiển thị điểm đặt tần số. 5 - Tốc độ motor. 2- Dòng motor. 6- Trạng thái bus truyền thông. 3- Điện áp một chiều kết nối. 7 - Tín hiệu phản hồi PID.(%) 8- Điện áp ra (V). Ta chọn giá trị P001 = 0 (hiển thị tần số ra). b. Thông số P006: Lựa chọn cách thức đặt tần số. 0: Đặt theo dạng số. 1: Đặt theo dạng tương tự. (*) 2: Đặt tần số cố định hoặc dùng chiết áp. Ta chọn giá trị P006 = 1. c. Thông số P012: Đặt tần số cực tiểu cho motor. Dải tần số 0 - 150 Hz. Theo công nghệ đặt ra ta đặt thông số này là 35 Hz ( ~ 70% nđm). d. Thông số P013: Đặt tần số cực đại cho động cơ. Dải tần số 0 - 150 Hz. Ta đặt thông số này là 50Hz (ứng với tần số định mức ). e. Thông số P081: Dải tần số thông dụng: 0 - 150Hz. Ta đặt thông số này là 50Hz ( tức là giá trị mặc định ). f. Thông số P082: Dải tốc độ của động cơ: 0 - 9999 (vòng/ phút ). Giá trị đặt là 2900 (vòng/ phút) ứng với động cơ kéo bơm. g. Thông số P083: Dòng điện định mức của động cơ: 0.1 - 300 (A). Ta đặt giá trị là 75A ( dòng định mức của động cơ bơm ). h. Thông số P084: Điện áp định mức cấp cho động cơ: 0 - 1000V. Đặt giá trị của P084 = 380V. i. Thông số P085: Công suất định mức của động cơ: 0.12 - 250 KW. Đặt giá trị này bằng 42(KW). Chú ý: Các thông số P081 đến P085 là hết sức cần thiết và ta phải đặt các thông số này tuỳ theo thông số của động cơ mà ta cần sử dụng. j. Thông số P021: Tần số này tương ứng với giá trị đầu vào tương tự nhỏ nhất., giá trị đầu vào có thể là dòng hoặc áp tuỳ thuộc vào DIP Selector Switch. Giá trị này có thể đặt lớn hơn giá trị đặt trong P022 để tạo ra quan hệ giữa đầu vào tương tự và tần số đầu ra. Tần số này ta lựa chọn là: để giá trị mặc định. k. Thông số P022: Tần số tương ứng với giá trị đầu vào tương tự lớn nhất. Giá trị này có thể đặt thấp hơn giá trị đặt trong P021 để tạo quan hệ giữa đầu vào đặt và tần số ra. Đặt giá trị P022 = 50Hz tương ứng với giá trị đầu vào tương tự lớn nhất. Tần số P022 P022 V/I P021 P021 Hình III.11 Các quan hệ của đầu vào tương tự đặt với tần số ra. Với các thông số P021 và P022. l. Thông số P023: Thiết lập kiểu đầu vào Analog 1, tương ứng với đầu của PID switch. 0: 0 đến 10V/ 0 đến 20mA. 1: 2 đến 10V/ 4 đến 20mA. 2: 2 đến 10V/ 4 đến 20mA. Sử dụng với điều khiển start/ stop khi sử dụng đầu vào analog điều khiển. Ta đặt giá trị này bằng 1. ( Đầu vào dòng ). m. Thông số P025: Thông số này cung cấp tỷ lệ % của đầu ra analog 1. Từ đầu ra này ta có thể biết được các thông số như: tần số ra, tần số đặt, dòng điện động cơ, điện áp DC link, momen hoặc tốc độ động cơ. Ta chọn thông số này P025 = 105. Có thể biết được tốc độ thực của động cơ. Với đầu ra này đầu ra analog được giới hạn dưới là 4 mA. Thông số này chỉ dùng với động cơ trên 7.5 KW. n. Thông số P211: Giá trị của P211 được duy trì cho điểm đặt 0%. Ta đặt là 20, ứng với 4mA. o. Thông số P212: Giá trị của P212 được duy trì cho điểm đặt 100%. Ta đặt là 100 (~ 20mA). p. Thông số P220: Phương thức cho tần số cực tiểu. 0: hoạt động bình thường. 1: Tắt biến tần khi tần số nhỏ hơn hoặc bằng tần số cực tiểu. (*) Đặt giá trị của P220 = 1. q. Thông số P323: Đặt kiểu đầu vào tương tự cho Đầu vào analog 2. 0: 0V đến 10V/0 đến 20mA. 1: 2V đến 10V/4 mA đến 20mA. 2: 2V đến 10V/4 mA đến 20mA. Sử dụng với điều khiển start/ stop khi sử dụng đầu vào analog điều khiển. Đặt thông số này là 1. r. Thông số P201: Chế độ điều khiển vòng đóng có bộ điều chỉnh PID. 0: hoạt động bình thường. 1: điều khiển quá trình vòng đóng sử dụng đầu vào analog 2 như một đầu phản hồi. Ta đặt thông số P201 = 1. s. Các thông số P202, P203, P204: Các thông số này xác định các giá trị của bộ PID: hệ số khuếch đại, các hằng số vi phân và tích phân. Các thông số còn lại của bộ PID : hằng số tỷ lệ, tích phân, vi phân cần phải tính toán cụ thể đối với động cơ hiện có. ở đây ta dùng công cụ Matlab để có thể chọn thông số của bộ PID trong biến tần. Mục đích của việc sử dụng bộ PID trong biến tần là để ổn định lưu lượng đầu ra của đường ống chính. PID WBT WĐC WBơm (-) Q Qđ Hình III.12 Sơ đồ khối để xác định các thông số của bộ PID. Trong đó: PID - bộ điều chỉnh có sẵn trong biến tần. WBT - hàm truyền của biến tần ( có dạng khâu khuếch đại). WĐC - hàm truyền của động cơ. WBơm - hàm truyền của bơm. Ta phải xác định từng thông số của sơ đồ khối từ đó tìm ra các thông số của bộ PID. Rw Tr yrd' wr* isq m - w mT * Xác định hàm truyền của động cơ: Hình III.13 Mô hình động cơ có bộ điều chỉnh tốc độ dạng liên tục Theo mô hình trên ta có hàm truyền của động cơ không đồng bộ ba pha có dạng sau: WĐC = = (III-5) TM được xác định bởi: TM = (III-6) J- momen quán tính của động cơ ( ~ 0.25 kg.m2). Rr - điện trở rotor. - thành phần từ thông rotor theo trục thực. pc - số đôi cực. Rr = s.ZN (III-7) ZN = (III-8) PN = 3.Upha. Ipha. cosj (III-9) cosj = 0.85 (III-10) * Dòng stator định mức Isdm : Isdm= (III-11) * Dòng kích từ định mức Isddm : Isddm= (III-12) *Dòng tạo mô men định mức Isqdm . Isqdm= (III-13) *Tần số định mức của mạch rotor wrdm: wrdm=2P ( 50 - ) (III-14) *Hắng số thờ gian rotor Tr : Tr = (III-15) *Kháng phức tiêu tán toàn phần Xd : Xd=[sin(j) -cos(j) ] (III-16) *Điện kháng phức Xh : Xh=- Xd (III-17) *Điện trở stator Rs và điện trở rotor Rr: Rs = Rr = (III-18) *Hệ số tiêu tán tổng s : s = (III-19) *Điện cảm stator Ls : Ls = (III-20) *Hằng số thời gian Ts : Ts = (III-21) *Điện cảm rotor Lr : Lr = TrRr = Lm (III-22) * Tính toán thành phần d của vector từ thông rotor: = Lm. Isddm (III-23) Qua các công thức trên ta tính toán được: Với công suất động cơ 42KW, U = 380V và cosf = 0,85 ta có: TM = 0,0193. Vậy hàm truyền của động cơ có dạng: WĐC = * Hàm truyền của biến tần: Hàm truyền của biến tần có dạng một khâu khuếch đại. Hệ số khuếch đại là tỉ số giữa đầu ra tần số và đầu vào đặt (có thể là đầu analog). Ta chọn tần số 50Hz ứng với đầu đặt là 20mA. Như vậy hàm truyền của biến tần có dạng như sau: WBT(p) = 50/20 = 2,5 * Hàm truyền của bơm: Việc xác định hàm truyền của bơm khá phức tạp, theo kinh nghiệm thì hàm truyền của bơm có dạng khâu quán tính: Q Qmax 0 n nđm Hình III.14 - Đặc tính Q(n). Wbơm(p) = Ta chọn hệ số k = = = 0.062 ( tuyến tính hoá ), hằng số thời gian Tb = 1(s) với bơm có động cơ truyền động là 42KW, loại bơm chìm của Đức. Vậy hàm truyền của bơm có dạng: Wbơm(p) = Sử dụng Matlab để tính toán thông số của bộ PID trong biến tần: Ta có sơ đồ khối sau đây: Hình III.15 Sơ đồ khối xác định các hệ số PID. Sơ đồ khối này được xây dựng trong chương trình mô phỏng Simulink của Matlab. Sau khi chọn các hệ số của bộ PID và cho chạy mô phỏng, ta có đồ thị về lưu lượng như sau: Hình III.16 Đồ thị mô phỏng quá trình ổn định lưu lượng. Hình III.17 Các thông số của bộ PID chọn được. Ta chọn các thông số của bộ PID là : K = 10, Ti = 1, Td = 4 Các thông số này đảm bảo lưu lượng đầu ra ổn định là 150( m3/ h). Như vậy ta chọn thông số của bộ PID đặt trong biến tần như sau: P202 = 10 - Hệ số khuếch đại. P203 = 1 - Hằng số thời gian tích phân. P204 = 4 - Hằng số thời gian vi phân. Một số thông số bảo vệ: - Thông số giới hạn dòng motor: P086 ta đặt là120%. - Bảo vệ quá nhiệt: dùng thông số mặc định là 1 đối với động cơ có 1 đôi cực. Giá trị P076 = 1. Chú ý: Các thông số không đặt thì ta đều để ở giá trị mặc định. chương iv: Giới thiệu chung về PLC. Chương trình phần mềm PLC CQM1H. I.Giới thiệu chung về PLC: 1. Xuất xứ: PC hay PLC là những từ viết tắt của: - Programmable controller - PC (hay được sử dụng ở Anh - Nhật). - Programmable logic controller - PLC (ở Mỹ). - Programmable Binary System - PBS.( Thuỵ Điển ). Chúng được gọi là các bộ điều khiển khả trình hoặc các bộ điều khiển theo chương trình. Lúc đầu các bộ điều khiển này chỉ cung cấp các chức năng thuần, đơn giản, dung lượng nhỏ; thực hiện được các mạch công nghệ tương đương các mạch điều khiển công nghệ khác như: mạch rơle, mạch điều khiển số...không thực hiện được công nghệ của mạch điều khiển phức tạp, các mạch điều khiển chất lượng như các hệ truyền động PI, PID... Ngày nay các bộ điều khiển đã hoàn chỉnh và thực hiện được nhiều chức năng, công nghệ phức tạp, các bộ điều khiển vòng đóng như: PI, PID... các bộ điều khiển thông minh vì vậy hai tên phía dưới không còn phù hợp nữa. Tuy nhiên để khỏi lẫn với máy tính PC thì ta thường dùng tên gọi là PLC. - PLC được chế tạo thành công đầu tiên năm 1968 do một nhóm kỹ sư thuộc hãng General Motors ( Mỹ ), đến năm 1969 thì được ứng dụng vào công nghệ sản xuất ôtô. - PLC vào Việt nam những năm 1994 - 1995. - PLC là một bộ Vi xử lý hoàn chỉnh ( còn gọi là máy tính công nghiệp ). Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại PLC của các hãng nổi tiếng khác nhau: SIEMENS, Mishubitsi, OMRON, ABB,... chúng có cấu trúc cơ bản giống nhau về phần cứng, tuy nhiên các hãng khác nhau thì khác nhau về ngôn ngữ lập trình, đây là một nhược điểm chính đối với người sử dụng. Hiện nay người ta đang cố gắng chuẩn hoá các ngôn ngữ để tạo ra một ngôn ngữ chung, thống nhất cho các loại PLC. 2. Các ưu nhược điểm khi dùng PLC: Người ta đã tổng kết được bảng so sánh giữa các hệ khác nhau khi sử dụng thực hiện một công nghệ nào đó. Chỉ tiêu so sánh Hệ điều khiển rơle Mạch số Máy tính PLC Giá thành từng hệ Khá thấp Thấp Cao Thấp Kích thước Lớn Rất gọn Gọn Rất gọn Chế độ điều khiển Chậm Rất nhanh Khá nhanh Nhanh Khả năng chống nhiễu Xuất sắc Tốt Khá tốt Tốt Lắp đặt Mất nhiều thời gian thiết kế và lắp ráp Mất nhiều thời gian thiết kế,lắp ráp Mất thời gian thiết kế và lập trình Thời gian lập trình và thiết kế rất ít Khả năng điều khiển cá công nghệ phức tạp Không Có Có Có Thay đổi và hiệu chỉnh Rất khó Khó Khá đơn giản Rất đơn giản Công tác bảo trì Kém vì hệ thống có nhiều tiếp điểm dễ hỏng. Kém vì các IC hàn cứng. Kém vì có nhiều mạch phụ trợ. Tốt vì có các modun chuẩn hoá Bảng IV.1 Bảng so sánh giữa PLC và các thiết bị khác. Từ bảng trên ta thấy PLC có rất nhiều ưu điểm so với các hệ khác . Do đó ngày nay PLC ngày càng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp đặc biệt là ở các nước phát triển. Các lợi thế của PLC trong tự động hoá: - Thời gian lắp đặt công trình ngắn hơn. - Dễ dàng thay đổi mà không gây tổn thất tài chính. - Có thể tính toán được chính xác giá thành. - Cần ít thời gian hướng dẫn cho người sử dụng. - Dễ dàng thay đôỉ thiết kế nhờ phần mềm. - ứng dụng điều khiển trong phạm vi rộng. - Dễ bảo trì, các chỉ thị vào và ra giúp xử lý sự cố dễ dàng và nhanh hơn. - Độ tin cậy cao. - Chuẩn hoá được phần cứng điều khiển. - Thích ứng trong môi trường khắc nghiệt: nhiệt độ, độ ẩm, điện áp dao động, tiếng ồn... Nhược điểm: - Giá thành cao khi dùng để điều khiển các công nghệ không phức tạp. - Ngôn ngữ của PLC có nhiều giới hạn, vì vậy rất khó khăn cho người sử dụng. 3. Cấu trúc chung cuả PLC: Khối nguồn CPU Khối vào Khối ra Khối ngoại vi Hình IV.1 Cấu trúc chung của PLC. - Khối nguồn: có nguồn xoay chiều, một chiều, tuỳ thuộc vào từng hãng chế tạo cung cấp nguồn cho PLC hoạt động. - CPU: là bộ phận chính của PLC, có cấu tạo như CPU trong máy tính gồm có bộ vi xử lý, ROM, RAM, các thanh ghi. + Bộ vi xử lý: có loại 8 bit, 16 bit, 32 bit. Thường dùng loại16 bit, 8 bit thường dùng trong các PLC cỡ nhỏ. Bộ vi xử lý có chức năng điều hành các hoạt động cảu PLC. + ROM: bộ nhớ chỉ đọc. Chương trình trong ROM được g