Đồ án Điều khiển động cơ Master Slave

Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 1 TRƢỜNG ĐẠI HỌC GTVT TPHCM Khoa : Điện – Điện Tử Viễn Thông ----------oOo--------- ĐỒ ÁN MÔN : ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ GVHD : TS. Lê Quang Đức Nhóm : 57 1. Vũ Văn khiêm MSSV : 0951060027 2. Nguyễn Cảnh Điện MSSV: 0951060012 Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 2 ĐỀ TÀI: Master Slave: Hai dây chuyền chạy nối tiếp cần ổn định tốc độ, trong đó dây chuyền 1 có tốc độ gấp 2 lần dây chuyền 2. Động cơ 1 có công suất 5 HP, hộp số 1/20, Động cơ 2 có công suất 4 HP, hộp số 1/20. - Điều khiển chạy tới, chạy lui, thay đổi tốc độ, bảo đảm tỷ lệ tốc độ 2/1 của hai dây chuyền. Nếu động cơ 1 dừng thì động cơ 2 cũng dừng theo. Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 3  .Phân tích đề bài: ( Tiêu chí ) Với đặc tính cơ của tải:  Momen không đổi khi tốc độ thay đổi  Đồng tốc độ, với tốc độ của dây chuyền 1 gấp đôi dây chuyền 2  Ổn định tốc độ  Chế độ làm việc dài hạn Để giải quyết yêu cầu bài cần có 2 biến tần với công suất khác nhau điều khiển trực tiếp hai động cơ (Động cơ 1là 5HP và động cơ 2 là 4HP). Mỗi động cơ sẽ kéo một băng truyền riêng. Để đảm bảo tốc độ 2/1 của hai dây truyền thì ta sẽ dùng encoder cảm biến vận tốc từ động cơ của biến tần 1, lấy tín hiệu ra từ encoder hồi tiếp về biến tần 2. biến tần 2 sẽ điều khiển động cơ chạy với tốc độ bằng ½ lần tốc độ động cơ 1. Băng truyền 1 là Master có tốc độ bằng 2 lần tốc độ băng truyền 2 là Slaver. Để thay đổi tốc độ thì ta chỉnh giá núm vặn speed của biến tần 1 để thay đổi tốc độ. Điều khiển chạy tới Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 4 chạy lui trên con biến tần 1. Động cơ hộp số 1/20 .công suất 5HP=3,7KW và 4HP=3KW. Hãng sản xuất: ROCKWELL Biến tần 1 Biến tần 2 Động cơ 1 Động cơ 2 Băng truyền 1 Encoder Băng truyền 2 1.CHỌN THIẾT BỊ TRUYỀN ĐỘNG,ĐỘNG CƠ. Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 5 1.Động cơ ,hộp số 1(master) Yêu cầu:  Động cơ 5hp  Hộp số tỉ lệ 1/20  Tốc độ ra không quá cao  Chế độ làm việc dài hạn Giải pháp:  Nhóm chon động cơ đi kèm hộp số có công suất là 4kw của hãng Siemens.( catalog- Page 111 ) Chế độ làm việc: Dài hạn Tốc độ khi qua hộp số: 71 rpm Momen ra: 536 Nm Tỉ lệ hộp số: 20,2 Mã sản phẩm: 2KJ1104-GJ14-N1 Tần số: 50Hz Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 6 1.1.Thông số động cơ ( catalog- Page 926) Số cực: 4 Tốc độ định mức: 1440 rpm Dòng điện định mức: 8,2A Điện áp: 400V Hệ số công suất: 0.81 Hiệu suất lúc đầy tải: 86,6% Chế độ làm việc dài hạn Hãng sản xuất: Siemens Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 7 2.động cơ hộp số 2(slave) Yêu cầu:  Công suất 4hp  Tỉ lệ hộp số 1/20  Tốc độ không quá nhanh  Chế độ làm việc dài hạn Giải pháp:  Nhóm chon động cơ đi kèm hộp số có công suất là 3kw của hãng Siemens. (Catalog- page 106) Tốc độ khi qua hộp số: 71 rpm Momen ra : 403 Nm Mã sản phẩm : 2KJ1104-FP13-N1 Tỉ lệ hộp số: 20,2 Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 8 2.2 Thông số động cơ( catalog- Page 926) Số cực :4 Tốc độ định mức:1435 Momen:20 Nm Dòng điện định mức:6,3A Điện áp: 400V Hệ số công suất:0,81 Hiêu suất lúc đầy tải:85,5% Hãng sản xuất:Siemens Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 9 3 Chọn băng chuyền: Loại BM 4081 CD( thuộc hãng interroll)  Một số thông số kĩ thuật của băng chuyền: Tải công suất.Max: 50kg/m. Khả năng tổng tải: 500kg. Tốc độ của băng chuyền: 0.1 đến 2 m/s. Nhiệt độ môi trường: -5 đến 500C. Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 10 2.CHỌN THIẾT BỊ CHÍNH A. CHỌN BIẾN TẦN: + Yêu cầu: o Sử dụng cho động cơ 1 là 5 HP ( 4kW), động cơ 2 là 4HP ( 3kW ) o Làm việc với điện lƣới 3 pha dòng ra của biến tần không đƣợc nhỏ hơn 8.6 A ở điện áp 400 V. o Vector control. o Đọc đƣợc xung Encoder o Có chế độ encoder reference + Giải pháp: PowerFlex 70 Số catalog 20AC8P7( catalog-page23) - Điện áp vào: 400V, 3 pha - Dòng vào: 11.3 A - Dòng ra: 8.7 A - Công suất :4 kW - Tần số: 50/60 Hz Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 11 B. CHỌN PHỤ KIỆN VÀ THIẾT BỊ BẢO VỆ : + Yêu cầu: + Bảo vệ được khi ngắn mạch, quá tải mạch điều khiển và động lực. + Khi dừng động cơ phải bảo vệ được độ bền cơ học. + Bảo vệ sóng hài tấn số cao, bảo vệ chống nhiễu từ a. Điện trở hãm: (catalog trang 7) Theo catalog biến tần thì chọn điện trở hãm:115 (ohm) 20AD – DB1 - B Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 12 ` b. EMC: (catalog- trang 12) Dùng để ngăn sóng cao tần đi theo đường dây và giảm tác hại của song điện từ, nhiễu điện từ Theo catalog biến tần ta chọn loại 20A-RF-05-A3 c. Input/ Output Line Reactors: (Catalog- trang 14) Dùng để: Bảo vệ sóng hài tấn số cao, bảo vệ chống nhiễu từ. Theo catalog biến tần ta chọn loại: 1321-3R8-B Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 13 d. Contactor: ( Catalog MCCB,contactor- trg 2-129) Dùng để đóng cắt từ xa để điều khiển và bảo vệ mạch động lực và mạch điều khiển. Dựa vào dòng vào của biến tần biến tần ta chọn Contactor loại 100-C09 của Rockwell - Dòng tiếp điểm chính là 32A. - Loại tiếp điểm thường hở NO. Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 14 e. Chọn MCCB : Bảo vệ được khi ngắn mạch, quá tải mạch động lực. MCCB-Mạch động lực ( Catalog MCCB,contactor- trg 8) Do dòng vào của mỗi biến tần là 11.3 A thì chọn MCCB tổng là loại 140M- C2E-C25 của Rockwell, loại 25A, Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 15 g. CB : bảo vệ mạch điều khiển ( Catalog CB- trang 7-22) Chọn loại 1489-A2C050R củaRockwell với các thông số :  Điện áp: 277VAC  Dòng điện: 5A  Số cực: 2 Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 16 f. Rơ le trung gian: Sử dụng role trung gian để điều khiển động cơ chạy thuận và chạy ngƣợc. Ta chọn loại 653- MY4N AC220/240 của hãng OMRON - Dòng 3A - Điện áp 220/240 V h. Chọn đế cắm cho rơle: Chọn theo catalog của role ,ta chọn 653-PYF14A-E sử dụng cho loại 4PDT Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 17 Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 18 i. Encoder: Yêu cầu: - Số xung ra phải tương thích với biến tần, điện áp đầu vào 5 VDC Giải pháp: Chọn Encoder: 845PY-FW-2-C của ROCKWELL (catalog- Page 45) Điện áp đầu vào : 5VDC Loại 4 xung đầu ra. Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 19 l. Chọn cad cho encoder: (catalog tr 34/140) Để xử lí được tín hiệu từ encorder hồi về biến tần ta phải có card để kết nối giữa encorder và biến tần . Theo catalog biến tần ta chọn loại 20A-ENC-1 m. Dây - cáp đấu nối: Của hãng CADIVI Theo catalog biên tần Powerflex 70 ( page 17) Do đó: + Cáp 1 lõi: ( cho mạch điều khiển ) 0.5 mm2 Mã sản phẩm 1120301 Ruột dẫn-Conductor Bề dày cách điện Insul. thickness Đ. Trở DC ở 20OC DC res. at 20 0 C (Max) Mặt cắt danh định Nominal area Kết cấu Structure Đ/kính ruột dẫn Conductor dia. mm 2 N 0 /mm Mm Mm /km 0,5 1/0,80 0,80 0,8 35,70 0,75 1/1,00 1,00 0,8 23,79 Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 20 1,0 7/0,40 1,20 0,8 21,01 1,25 7/0,45 1,35 0,8 16,70 1,5 7/0,52 1,50 0,8 12,10 2 7/0,60 1,80 0,8 9,43 2,5 7/0,67 2,01 0,8 7,41 + Cáp 3 lõi: (cho mạch động lực) 3.5mm2 Mã SP Code Ruột dẫn-Conductor Bề dày cách điện Insul. thickness Bề dày vỏ Sheath thickness Đường kính tổng Overal dia. Khối lượng cáp Approx. weight Đ. Trở DC ở 20 O C DC res. at 20 0 C (Max) Mặt cắt danh định Nominal area Kết cấu Structure Đ/kính ruột dẫn Conductor dia. mm N 0 /mm Mm Mm mm mm kg/km /km 1050701 1 7/0,42 1,20 0,8 1,4 6 44 18,10 1050702 1,5 7/0,52 1,50 0,8 1,4 6 54 12,10 1050703 2 7/0,60 1,80 0,8 1,4 6 58 9,43 1050704 2,5 7/0,67 2,01 0,8 1,4 6 65 7,41 1050705 3,5 7/0,80 2,40 0,9 1,4 7 85 5,30 1050706 4 7/0,85 2,55 1,0 1,4 7 90 4,61 1050707 5,5 7/1,00 3,00 1,0 1,4 8 110 3,40 1050708 6 7/1,04 3,12 1,0 1,4 8 115 3,08 Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 21 1050709 8 7/1,20 3,60 1,0 1,4 8 139 2,31 1050710 10 7/1,35 4,05 1,0 1,4 9 163 1,83 1050711 11 7/1,40 4,20 1,0 1,4 9 172 1,71 1050712 14 7/1,60 4,80 1,0 1,4 10 209 1,33 1050713 16 7/1,70 5,10 1,0 1,4 10 229 1,15 D. MỘT SỐ THIẾT BỊ KHÁC : a. MBA cách ly cho mạch điều khiển: Ta chọn máy biến áp cách ly loại ST-1000VA-BACL của V-Standa., JSC - Điện áp vào 220V - Điện áp ra 220V - Công suất 1 kVA - Khối lượng 9kg b. Nút nhấn: Ta chọn nút nhấn YW1L - V4E11Q0R của IDEC Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 22 Điện áp max 250V , sử dụng loại 1NO - 1NC - NO tiếp điểm thường mở - NC tiếp điểm thường đóng c. Đén báo: Đèn báo nguồn, cháy thuận, chạy nghịch, báo sự cố Chọn loại YW1P-1EQM3 hãng IDEC, sử dụng đèn Led Điện áp định mức: 230/240 AC/DC d. Bộ Nguồn AC/DC: cung cấp nguồn cho Encoder chọn loại S8JX G01505 của OMRON - Điện áp ra 5V - Dòng điện 3A - Công suất 15W Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 23 CÀI ĐẶT + CÀI ĐẶT BIẾN TẦN 1 NO. PARAMETER GIẢI THÍCH Cài đặt Đơn Vị THÔNG SỐ ĐỘNG CƠ 1( catalog 3-14 ) 041 Motor NP Volts: ( page 3-13) Điện áp định mức động cơ 400 V 042 Motor NP PLA: (page 3-13) Dòng điện định mức 8.2 A 043 Motor NP Hertz: ( page 3-13) Tần số 50 Hz 044 Motor NP RPM( page 3-13) Tốc độ 1440 RPM 045 Motor NP Power( page 3-13) Công suất động cơ 4 kW 046 Mtr NP Pwr Units( page 3-13) Đơn vị công suất ( 0 – Hp/ 1- kW) 1 049 Motor NP Poles( page 3-13) Số cực của động cơ 4 Cực THÔNG SỐ BIẾN TẦN 1 001 Output Freq Tần số ngõ ra 50 Hz Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 24 003 Output Current Dòng ngõ ra 8.7 A 006 Output Voltage Điện áp ngõ ra 400 V 007 Output Power Công suất ngõ ra 4 kW 053 Motor Cntl Sel:(page 3-14) FVC Vector 4 054 Maximum Voltage Điện áp lớn nhất ngõ ra 400 V 055 Maximum Freq Tần số ngõ ra lớn nhất 50 Hz PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN 088 Speed/Torque Mode Điều khiển tốc độ 1 Speed Reg 081 Minimum Speed Tốc độ nhỏ nhất 0 Hz 082 Maximum Speed Tốc độ lớn nhất 50 Hz 140 Accel Time 1 Thời gian tăng tốc 5 Secs 142 Decel Time 1 Thời gian giảm tốc 5 Secs 151 PWM Frequency Tốc độ điều xung PWM 4 kHz SPEED REFERENCE 090 Speed Ref A Sel Tốc độ đặt theo Analog In 2 2 091 Speed Ref A Hi Giới hạn trên 50 Hz 092 Speed Ref A Lo Giới hạn dưới 0 Hz GÁN CHỨC NĂNG CÁC NGÕ I/O 361 Digital In1 Sel(page3-68) Run Forward - chạy thuận 8 362 Digital In2 Sel (page3-68) Run Reverse - chạy nghịch 9 380 Digital Out1 Sel (page3-68) Fault – lỗi 1 Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 25 384 Digital Out2 Sel (page3-68) Run – chạy 4 + CÀI ĐẶT BIẾN TẦN 2 NO. PARAMETER GIẢI THÍCH Cài đặt Đơn Vị THÔNG SỐ ĐỘNG CƠ 2 041 Motor NP Volts: ( page 3-13) Điện áp định mức động cơ 400 V 042 Motor NP FLA: ( page 3-13) Dòng điện định mức 6.3 A 043 Motor NP Hertz: ( page 3-13) Tần số 50 Hz 044 Motor NP RPM( page 3-13) Tốc độ 1435 RPM 045 Motor NP Power( page 3-13) Công suất động cơ 3 kW 046 Mtr NP Pwr Units( page 3-13) Đơn vị công suất ( 0 – Hp/ 1- kW) 1 049 Motor NP Poles( page 3-13) Số cực của động cơ 4 Cực THÔNG SỐ BIẾN TẦN 2 001 Output Freq Tần số ngõ ra 50 Hz 003 Output Current Dòng ngõ ra 8.7 A 006 Output Voltage Điện áp ngõ ra 400 V 007 Output Power Công suất ngõ ra 3 kW 054 Maximum Voltage Điện áp lớn nhất ngõ ra 400 V PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN 088 Speed/Torque Mode Phƣơng pháp điều khiển : speed regulator 1 Speed Reg 081 Minimum Speed Tốc độ nhỏ nhất 0 Hz 082 Maximum Speed Tốc độ lớn nhất 25 Hz Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 26 140 Accel Time 1(page 3-30) Thời gian tăng tốc 5 Secs 142 Decel Time 1 Thời gian giảm tốc 5 Secs 151 PWM Frequency Tốc độ điều xung PWM 4 kHz THÔNG SỐ ENCODER 413 Encoder PPR Số xung mỗi chu kỳ 1024 PPR 412 Motor Fdbk Type Chọn dạng encoder 0 Quadra ture 415 Encoder Speed Tốc độ encoder 50 Hz SPEED REFERENCE 090 Speed Ref A Sel Tốc độ đặt theo Encoder 8 Encode r 091 Speed Ref A Hi Giới hạn trên 25 Hz 092 Speed Ref A Lo Giới hạn dưới 0 Hz GÁN CHỨC NĂNG CÁC NGÕ I/O 361 Digital In1 Sel (page3-68) Run Forward - chạy thuận 8 362 Digital In2 Sel (page3-68) Run Reverse - chạy nghịch 9 380 Digital Out1 Sel (page3-68) Fault – lỗi 1 384 Digital Out2 Sel (page3-68) Run – chạy 4 Chức năng các phần tử trong mạch động lực, mạch điều khiển 1.Sơ đồ mạch a.Mạch động lực (file autocad kèm theo) Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 27 Thiết bị Chức năng Biến tần Điều khiển, bảo vệ động cơ Động cơ Kéo các băng chuyền Encoder Phản hồi tốc độ d/c 1 về biến tần 2 EMC Fiter Lọc sóng điện từ cao tần, chống nhiễu Tiếp điểm chính của contactor Đóng ngắt điện vào biến tần MCCB Bảo vệ ngắn mạch, quá tải. Input/ Output Line Reactors Bảo vệ sóng hài tấn số cao, bảo vệ chống nhiễu từ b.Mạch điều khiển (file autocad kèm theo) Thiết bị Chức năng MCB Nếu xảy ra sự cố ngắn mạch hay quá tải lúc đó MCB ngắt mạch điều khiển ra khỏi lưới Cuộn hút của contactor Và rơle Điều khiển đóng ngắt các tiếp điểm Biến áp cách ly Cấp nguồn và cách ly mạch điều khiển với lưới điện Biến trở Đặt tốc độ Các nút nhấn Thao tác để điều khiển Đèn báo Báo hiệu các trạng thái của hệ thống