bài giảng tự động khống chế-plc

Khoa §iÖn - Bé m«n T§H
Tr êng §¹i häc KTCN
Th¸i Nguyªn
Bµi gi¶ng m«n häc
Tù ®éng khèng chÕ & PLC
Giới thiệu tổng quát về môn học
Chơng1
Giới thiệu các phần tử cơ bản trên sơ đồ mạch điện
Chơng2
Các nguyên tắc khống chế tự động . Các thiết bị và sơ đồ
bảo vệ - tín hiệu hoá
Chơng3
Các sơ đồ khống chế tự động điển hình
Chơng4
Xây dựng các sơ đồ khống chế tự động không tiếp điểm
Tổng hợp hệ khống chế tự động truyền động điện theo
yêu cầu công nghệ của quá trình sản xuất
Chơng5
Khái niệm chung về thiết bị điều khiển logic khả trình - PLC
Chơng6
Lập trình cho PLC S7-200
Chơng1
Ký hiệu biểu diễn các phần tử trên sơ đồ mạch điện
1.1. Bài mở đầu
1.2.Ký hiệu biểu diễn các phần tử trên sơ đồ mạch điện
1.2.1.Kýhiệubiểudiễncácphầntửtrênsơđồmạchđiện
b
Bộ khống chế chỉ huy khai
triểntheomặtphẳngcó6vị
trí: 0, 1, 2, 3, 4, 5 và 7 tiếp

điểm:I,II,III,IV,V,VI,VII.Tay
gạtđiềukhiểncóhaichiều:
trái,phải.
Vídụ:-Khitayđiềukhiểnở
vị trí 0 thì tiếp điểm I kín ,
còn các tiếp điểm khác hở
mạch.
-Khitayđiềukhiểnởvịtrí2
bên phải thì t/đ II và IV kín
cònlạihở.
-V.v
13
5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5
I
II
III
IV
V
VI
VII
U < U <
I > I >
PhÇn tö ®ãt nãng cña r¬ le
nhiÖt
18
Cuén d©y r¬ le dßng ®iÖn cùc
®¹i.
17
Cuén d©y r¬ le dßng ®iÖn.16
Cuén d©y r¬ le ®iÖn ¸p thÊp

(thiÕu ®iÖn ¸p ).
15
Cuén d©y r¬ le ®iÖn ¸p.14
25
24
23
22
21
20
Tiếpđiểmthờngmởmởchậm(mởchậm
saukhicuộndâyrơlethờigianmấtđiện
mộtkhoảngthờigiantheogiátrịđãchỉnh
định).
T/điểmthờngmởđóngchậm(đóngchậm
saukhicuộndâyrơlethờigiancóđiệnmột
khoảngthờigiantheogiátrịđãchỉnh
định).
Tiếpđiểmthờngmở(a)vàthờngkín(b)có
dậphồquang
Tiếpđiểmthờngmở(a)vàthờngkín(b)
củacôngtắctơ
Tiếpđiểmthờngkín(đóng)củacácrơle
Tiếpđiểmthờngmở(hở)củacácrơle
Cuộndâycôngtắctơ19
a
b
a
b
26 Tiếp điểm thờng kín đóng chậm (đóng chậm sau khi
cuộndâyrơlethờigianmấtđiệnmộtkhoảngthờigian

theogiátrịđãchỉnhđịnh)
27 Tiếpđiểmthờngkínmởchậm(mởchậmsaukhicuộn
dây rơle thời gian có điện một khoảng thời gian theo
giátrịđãchỉnhđịnh)
a b
28
Tiếpđiểmthờngmởđóng-mởchậm:
(Đóngchậmsaukhicuộndâyrơlecóđiệnvàmởchậm
sau khi cuộn dây rơle mất điệnmột khoảng thời gian
chỉnhđịnh)
29
Tiếpđiểmthờngkínđóng-mởchậm:(Mởchậmsau
khicuộndâyrơlecóđiệnvàđóngchậmsaukhicuộn
dâyrơlemấtđiệnmộtkhoảngthờigianchỉnhđịnh)
30
Tiếpđiểmthờngkíncónútấnphụchồibằngtaycủarơ
lenhiệtvàmộtsốrơledòngđiện
31
Biếntrở
32
a/Chuôngđiện
b/Còiđiện
a
b
∼
+
-
-
+
∼

33
§ÌntÝnhiÖu
34
a/Phanhh·m®iÖntõmétpha
b/Phanhh·m®iÖntõbapha
35
M¸ybiÕn¸pmétpha
36
BéchØnhluh×nhcÇumétpha
kh«ng ®iÒu khiÓn (b»ng 4 ®i
èt)
37
Cuénd©ycãlâis¾t
KÝ HIỆU TÊN GỌI - T ÍNH NĂNG CỦA KH Í CỤ, THIẾT BỊ ĐIỆN
A Áp tô mát
BA Máy biến áp
CC Cầu chì
CD Cầu dao
CKC Cuộn khống chế
CKT Cuộn kích từ
CK Cuộn kháng
CL Chỉnh lưu
D Nút ấn dừng máy
Đ Động cơ điện (nói chung n)
ĐK Động cơ điện xoay chiều không đồng bộ
F Máy phát điện
FH Phanh hãm điện từ
G Công tắc tơ gia tốc
H Công tắc tơ hãm
K Công tắc tơ (nói chung)

KC Bộ khống chế chỉ huy
KH Công tắc hành trình
M Nút ấn mở máy
MĐKĐ Máy điện khuếch đại
NĐ Nam châm điện
RA Rơ le điện áp
RCB Rơ le cưỡng bức kích thích
RG Rơ le gia tốc
RH Rơ le hãm
RI Rơ le dồng điện
RN Rơ le nhiệt
RTh Rơ le thời gian
RTr Rơ le trung gian
RTT Rơ le thiếu từ trường
R
f
, r
f
Điện trở phụ
1.2.2.Cácloạisơđồmạchđiện
1.2.2.1.Sơđồkhaitriển
1.2.2.2.Sơđồnguyênlý
1.2.2.2.Sơđồlắpráp
1.2.3.Phơngphápsửdụngsơđồ
1.3. Các yêu cầu cơ bản đối với một hệ thống khống chế tự động
1.3.1.Phùhợpnhấtvớinhiệmvụcôngnghệ
1.3.2.Hệthốngđơngiản,tácđộngtincậy
1.3.3.iềukhiểnthuậntiện,linhhoạt
1.3.4.Hệthốngtácđộngphânminh
1.3.5.Hệthốngđảmbảoantoàn

1.3.6.Thuậntiệncholắprápvàsửachữa
1.3.7.Kíchthớcvàgiáthànhnhỏnhất
1.3.8.Cácyêucầukhác
Chơng2
Các nguyên tắc khống chế tự động - bảo vệ và tín hiệu hoá
2.1. khái niệm chung
Trong mộthệ thốngtự động khống chế thờngcó nhiều quá trình khác
nhaunh:mởmáy,hãmmáy,đảochiềuquay,duytrìchếđộlàmviệctheoyêucầu
côngnghệđặtra,v.v ởđâytachỉnêulênnguyênlýlàmviệccủacácmạchtự
độngđiềukhiểncácquátrìnhtrênbằngcácrơle,côngtắctơ,cáccôngtắc-nút
ấnvàcáckhícụđiềukhiểnkhác.Nólànhữngmạchđơngiảnnhngcótínhchất
cơsở,vìdựatrênnhữngmạchđóchúngtacóthểthiếtlậpđợccácmạchkhống
chếphứctạp.
Trongcáchệthốngtựđộngkhốngchếtathờnggặpcáctrờnghợpsau:
+Đốivớiđộngcơđiệnkhôngđồngbộrotolòngxóc:Đơngiảnnhấtlà
quátrìnhmởmáy,hãmvàđảochiềuquay.Trongmộtsốtrờnghợp,nhấtlàvới
độngcơcôngsuấtnhỏ,tathựchiệnmởmáy(khởiđộng)bằngcáchđóngtrựctiếp
mạchstatocủađộngcơvàonguồnđiệnxoaychiềucógiátrịđiệnápbằng.m
hãmdừngtựdohoặchãmđộngnăngđộngcơbằngcáchcắtnguồnkhỏimạch
statođộngcơrồiđóng2phamạchstatovàonguồnđiệnápmộtchiềucógiátrị
phù hợp, muốn đảo chiều quay hoặc hãm ngợc ngời ta đảo hai trong ba pha
nguồnxoaychiềumắcvàomạchstatođộngcơ.Đốivớicácđộngcơcôngsuất
trungbìnhvàlớnngờitamởmáybằngcácnốithêmvàomạchstatođiệntrởphụ
hoặcđiệnkhángphụ,hoặcdùngphơngphápđổinốisaosangtamgiác(Y)
nếuđộngcơkhilàmviệcbìnhthờngđấudạngtamgiác().
+Đốivớiđộngcơđiệnxoaychiềukhôngđồngbộrotodâyquấnvàđộng
cơmộtchiềucôngsuấttrungbìnhvàlớn:Khimởmáycácđộngcơnàyngờitath
ờngmắcthêmđiệntrởphụtrongmạchrotođộngcơđểhạnchếdòngmởmáyvà
sẽnốitắtdầntrongquátrìnhnày.Khithựchiệnhãmđộngnăngvàhãmngợcng
ờitacũngthờngthêmđiệntrởphụvàomạchrotođểhạnchếdònghãm.Mạch

điệnđểmởmáyđộngcơkhôngđồngbộrotodâyquấnvàđộngcơmộtchiềuphải
phùhợpvớiđồthịmởmáy.
+Đốivớiđộngcơxoaychiềuđồngbộbaphacũngthờngápdụngnhđối
vớiđộngcơxoaychiềukhôngđồngbộrotolòngxóc.Đơngiảnnhấtlàmởmáy
bằngcáchđóngtrựctiếpvàolớiđiệnxoaychiềuvớiđiệnápđịnhmức,nhngph
ơngphápnàygâysụtđiệnáplớn,đặcbiệtkhilớicócôngsuấtnhỏ,dẫnđếnlàm
giảmđiệnápkhikhởiđộng,ảnhhởngxấuđếncácđộngcơvàcácthiếtbịđiện
khácdùngchungnguồn.Đểdừngđộngcơđồngbộngờitacũngsửdụngphơng
pháphãmđộngnăng.
Khinghiêncứuđồthịmởmáyđộngcơmộtchiều,độngcơkhôngđồngbộ
rotodâyquấndùngphơngpháphạnchếdòngmởmáybằngcáchđađiệntrởphụ
vàomạchrotođộngcơngờitanhậnthấyrằng:Thờiđiểmloạibỏcáccấpđiệntrở
phụliênquanmậtthiếtđếntốcđộquaycủađộngcơcũngnhgiátrịdòngđiện
cuộndâyđộngcơ.ởchếđộlàmviệccụthểthìkhixácđịnhđợcmộttrongbađạil
ợnglàdòngđiện,hoặctốcđộ,hoặcthờigianthìtahoàntoàncóthểxácđịnhđợc
cácđạilợngcònlại.Điềuđóchophéptacóthểthựchiệnkiểmtramộttrongba
thôngsốtrênvàdùngnóđểthựchiệnkhốngchếtựđộngquátrìnhmởmáy,hãm
máy.
n
0
n
0
n
2
n
1
I
2
I
1

I (M)
R
f1
tn
R
f2
I
c
a b
c d
g
n
«®
n
0
n
2
n
1
n
«®
I
2
I
c
I
1
t
1
t

2
t
n
I
I
Ngoàiratrongmộtsốthiếtbị,cácquátrìnhlàmviệccóliênhệvớihành
trìnhchuyểnđộngcủacơcấusảnxuất:Dừngcơcấukhidịchchuyểnđếnvịtrí
xácđịnh,đảochiềulàmviệccủacơcấukhidịchchuyểnđếnnhữngvịtrígiớihạn,
v.v Trongtrờnghợpnàytacóthểbốtrícácphầntửkiểmtrahànhtrình(công
táchànhtrình)làm việcđểtựđộngkhốngchế quátrìnhlàm việccủamáysản
xuất.Quacácphântíchtrêntathấyrằngcóthựchiệnviệckhốngchếtựđộngmột
hệthốngtruyềnđộngđiệntheomộtsốnguyêntắcnhsau:
-Nguyêntắcthờigian
-Nguyêntắctốcđộ
-Nguyêntắcdòngđiện
-Nguyêntắchànhtrình
Ngoàiratrongmộtsốcáchệthốngkhốngchếtựđộngkhácngờitacó
thểsửdụngmộtsốnguyêntắckhốngchếtựđộngkhácnh:Nguyêntắcnhiệtđộ,l
ulợng,v.v
2.2. Khống chế tự động theo nguyên tắc thời gian
2.2.1.Nộidungnguyêntắc
KCTĐtheonguyêntắcthờigianlàsửdụngcácrơlethờigianhoắccác
công tắc tơ có tiếp điểm duy trì thời gian để tại những thời điểm nhất định ta
khốngchếmộtcáchtựđộngquátrìnhđónghoặccắtnguồn,đónghoặccắtcác
điệntrởtrongmạchcáccuộndâyđộngcơ,v.v đểthựchiệnquátrìnhkhởiđộng,
hãmmáy,thayđổichếđộlàmviệccủađộngcơ.
2.2.2.Mộtsốsơđồkhốngchế
2.2.2.1.Sơđồtựđộngkhởiđộngđộngcơxoaychiềukhôngđồngbộbaphaqua
mộtsốcấpđiệntrởphụ
1/Giớithiệusơđồ:

Trongsơđồhình2.1,mạchlựcgồmcácphầnmạchnốivàomạchstato
vàrotocủađộngcơkhôngđồngbộbapharotodâyquấnvàbaogồm:Độngcơ
xoaychiềukhôngđồngbộbapharotodâyquấnĐK;cáccấpđiệntrởphụR
f1
và
R
f2
trongcácphamạchroto;cáctiếpđiểmchínhcủacáccôngtắctơK,1G,2G;
cácphầntửđốtnóngcủarơlenhiệtRN;cầuchìCC1vàcầudaonguồnCD.Phần
cònlạitrongsơđồlàmạchđiềukhiển(mạchkhốngchế)baogồm:cầuchìCC2;
cácnútấnđiềukhiểnmởmáy(M)vàdừngmáy(D);cuộndâycủacáccôngtắctơ
vàcácrơlethờigian(K,1G,2G,RTh
1
,RTh
2
)cùngcáctiếpđiểmphụcáccôngtắc
tơ,tiếpđiểmcácrơlethờigianvàtiếpđiểmcủarơlenhiệtRN.
2/Nguyênlýhoạtđộngcủasơđồ:
ĐểchuẩnbịchosơđồlàmviệctađóngcầudaonguồnCD,điệnápxoay
chiềubaphacủanguồnđợcđađếnmạchđộnglựcvàmạchđiềukhiểnđểchuẩn
bịchoquátrìnhkhởiđộngđộngcơ.ĐểkhởiđộngĐKtaấnnútM(tạit=0),cuộn
dâycôngtắctơKđợccấpđiệnvàtácđộng,nósẽđóngcáctiếpđiểmthờnghở
trongmạchđộnglựccấpđiệnchocuộndâystatođộngcơvàđộngcơbắtđầu
khởiđộng,đồngthờitiếpđiểmthờnghởphụKtrongmạchđiềukhiểncũngđợc
đónglạiđểtựduytrì.ĐồngthờivớiKcóđiệnthìrơlethờigianRTh1cũngđợccấp
điện,nhngdotiếpđiểmRTh1(3-7)làtiếpđiểmthờnghởđóng
chậmnênbanđầunóchakín,dẫnđếnkhiKtácđộngthì1Gvà2Gcònchatác
động nên động cơ đợc khởi động với toàn bộ điện trở phụ trong mạch roto
(bằng:R
f1

+R
f2
).Thờigiankhởiđộngtăngdầnthìtốcđộđộngcơtăngdần,đến
thờiđiểmt=t
1
(t
1
làthờigianchỉnhđịnhcủaRTh
1
),đâylàthờiđiểmcầnloạicấp
điệntrởphụthứnhấtrakhỏimạchrotođộngcơ,lúcnàytiếpđiểmRTh
1
(3-7)kín
lạilàmchocuộndâycôngtắctơ1Gđợccấpđiện,1Gtácđộnglàmkínmạchcác
tiếpđiểmchính1GtrongmạchrotođộngcơloạicấpđiệntrởphụR
f1
rakhỏimạch
rotođộngcơvàđộngchuyểnsangkhởiđộngtrênđặctínhthứhaivớiđiệntrở
phụcònlạilàR
f2
.Đồngthờilúcnàytiếpđiểm1Gtrongmạchđiềukhiểnđónglại
cấpđiệnchocuộndâyrơlethờigianRTh
2
vàrơlenàybắtđầuđếmthờigianduy
trì,đếnt=t
2
(t
2
-t
1

làthờigianduytrìcủaRTh
2
)làthờiđiểmcầnloạinốtcấpđiện
trở phụ còn lại rakhỏi mạch roto động cơ, lúc đó RTh
2
(3-11) đóng lại làm cho
cuộndâycôngtắctơ2Gcóđiện,2Gđóngcáctiếpđiểmthờnghởtrongmạchroto
độngcơvàloạitoànbộđiệntrởphụrakhỏimạchrotođộngcơ,độngcơchuyển
sangkhởiđộngtrênđặctínhtựnhiênvàtiếntớitốcđộlàmviệcổnđịnh(theogiá
trịmômentải),quátrìnhkhởiđộngkếtthúc.
2.2.2.2.Sơđồtựđộngkhởiđộngcơmộtchiềukíchtừđộclậpquahaicấpđiệntrở
phụtrongmạchrotor
1/Giớithiệusơđồ
Sơđồmạchđiệnnhhình2.2,trongđóĐlàđộngcơmộtchiềukíchtừđộc
lậpcócuộnkíchthíchlàCKĐ;R
f1
vàR
f2
cácđiệntrởphụdùngđểhạnchếdòng
khởiđộngcủađộngcơĐ;Klàcôngtắctơdùngđểđóngcắtnguồnmộtchiều
cungcấpchomạchphầnứngđộngcơ;1Gvà2Glàcáccôngtắctơgiatốc;RTh
1

vàRTh
2
làcácrơlethờigiancócáctiếpđiểmthờngkínđóngchậm.
2/Nguyênlýhoạtđộngcủasơđồ:
ĐóngcầudaoCD,nguồnđiệnmộtchiềuđợcnốivàomạchđộnglựcvà
mạch điều khiển, lúc này rơle RTh
1

đợc cung cấp điện và làm mở tiếp điểm
RTh
1
(1-9).Tạit=0taấnnútM,cuộndâycôngtắctơKđợccungcấpđiệnvàKtác
động.CôngtắctơKsẽđóngcáctiếpđiểmthờngmởtrongmạchđộnglựccấp
điệnchomạchphầnứngđộngcơvàđộngcơbắtđầukhởiđộngvớitoànbộđiện
trởphụtrongmạchroto(bằngR
f1
+R
f2
)dobanđầutiếpđiểmRTh
1
vẫnmởnên
1Gvà2Gchacóđiện,đồngthờitiếpđiểmthờngmởK(3-5)đónglạiđểtựduytrì
vàtiếpđiểmthờngđóngK(1-7)mởlàmchocuộndâyRTh
1
mấtđiện.Cuộndây
RTh
2
mắcsongsongvớiR
f1
nênkhicódòngquaR
f1
thìcuộndâynàycũngđợc
cấpđiệnvàlàmchotiếpđiểmRTh
2
(9-11)mở.Thờigiankhởiđộngtăngdầnthì
tốcđộđộngcơtăngdầncòndòngphầnứngđộngcơgiảmdần.Đếnthờiđiểmt=
t
1

(t
1
làthờigianchỉnhđịnhcủaRTh
1
),tiếpđiểmthờngđóngđóngchậmRTh
1
(1-9)
đónglạilàmchocuộndâycôngtắctơ1Gcóđiện,1Gtácđộngnốingắnmạchcấp
điệntrởphụthứnhấtvàđộngcơchuyểnsangkhởiđộngtrênđặctínhthứhaivới
điệntrởphụchỉcònlàR
f2
.DoR
f1
bịngắnmạchnênđiệnáptrêncuộndâyRTh
2

giảmvềbằngkhông(rơlemấtđiện)vàsauthờigianduytrìbằngt
2
-t
1
,tứclàtại
t=t
2
,tiếpđiểmRTh
2
(9-11)đónglạinên2Gcóđiện,2Gtácđộngnốingắnmạchnốt
cấpđiệntrởphụcònlạivàđộngcơchuyểnsangkhởiđộngtrênđặctínhtựnhiên,
tiếntớiđiểmlàmviệcổnđịnhtơngứngvớigiátrịmômentải,quátrìnhkhởiđộng
kếtthúc.
2.3. Khống chế tự động theo nguyên tắc tốc độ

2.3.1.Nộidungnguyêntắc
Ngờitasửdụngcácthiếtbịkiểmtratốcđộquaycủarotođộngcơđểở
nhữngtốcđộnhấtđịnhsẽthựchiệnquátrìnhtựđộngthayđổitrạngtháicủacác
mạchđiện,vídụnh:nốitắtcáccấpđiệntrởphụ,tựđộngkếtthúcquátrìnhhãm,
v.v Cácthiếtbịdùngđểkiểmtratốcđộcónhiềuloạikhácnhau,trongkỹthuật
thờngsửdụngcácrơletốcđộkiểulytâmhoặccảmứng,đốivớiđộngcơmột
chiềucóthểsửdụngloạirơleđiệnápcó2cuộndây.
2.3.2.Mộtsốsơđồkhốngchế
2.3.2.1.Sơđồkhốngchếtựđộngquátrìnhhãmngợcđộngcơxoaychiềukhông
đồngbộbaphakhidừngmáy
1/Giớithiệusơđồ:
Mạch điện hệ thống nh hình 2.3, trong đó: ĐK là động cơ xoay chiều
khôngđồngbộbapharotolòngxóc;RKTlàrơlekiểmtratốcđộcótrụcnốivới
rotoĐK;Klàcôngtắctơdùngđểđóngnguồncungcấpchomạchstatođộngcơ;
H là công tắc tơ khống chế quá trình hãm ngợc của động cơ; CD là cầu dao
nguồn;CC1vàCC2làcáccầuchìdùngđểbảovệngắnmạchchomạchđộnglực
vàđiềukhiển;RNlàrơlenhiệtdùngđểbảovệquátảichođộngcơ;điềukhiển
quátrìnhkhởiđộngvàhãmdừngsửdụngcácnútấnđiềukhiểnMvàD.
2/Nguyênlýhoạtđộngcủamạchđiện:
ĐểkhởiđộngđộngcơtađóngcầudaoCD,ấnnútMlàmchocôngtắctơ
Kcóđiệncấpđiệnchomạchstatođộngcơvàđộngcơđợckhởiđộngtrựctiếp
lêntốcđộlàmviệctrênđặctínhtựnhiên,đồngthờitiếpK(9-11)mởrađểkhông
choHcóđiệnvìkhitốcđộđộngcơđạtđếnmộtgiátrịnhấtđịnhthìtiếpđiểmRKT
củarơlekiểmtratốcđộđộngcơsẽkínmạch.