Tự động hoá thiết bị điện - Chương 1 pps

T ng hoỏ thit b in
GV: Nguyn V Thanh 1
Chức năng, yêu cầu, mục tiêu tự động điều khiển
TBĐ
Cấu trúc của hệ tự động hoá
Các kí hiệu điện
Cách thể hiện sơ đồ nguyên lí, lắp ráp v nguyên
tắc lắp đặt.
Phân tích v tổng hợp hệ thống
Các nguyên tắc cơ bản khi thiết kế
Một số sơ đồ mạch điển hình
Chơng 1: Các nguyên tắc xây
dựng hệ thống tự động điều khiển.
chức năng của mạch tự động
Thông tin - giao tiếp (HMI).
Giao tiếp giữa ngời và máy.
Các thiết bị giao tiếp, hiện thị:
Nút nhấn, công tắc, chuyển mạch, không chế chỉ huy
Bàn phím
Màn hình điều khiển, giám sát
Hiển thị bằng LED, còi, màn hình tinh thể lỏng LCD
Xử lí tín hiệu.
Tiếp nhận các tín hiệu điều khiển, tiến hành tính toán,
đa ra các lệnh vận hành.
T ng hoỏ thit b in
GV: Nguyn V Thanh 2
Điều khiển năng lợng.
Thực hiện các biến đổi tĩnh.
Chỉnh lu
Băm áp một chiều
Điều áp xoay chiều

Biến tần
Thực hiện biến đổi hệ cơ điện
Điều khiển tốc độ động cơ.
Điều khiển thông số theo yêu cầu công
nghệ.
Tự động khởi động, hãm, đảo chiều.
Tự động đặt và gia tốc cho động cơ.
Kiểm soát tín hiệu đa vào hệ thống (hệ tuỳ động).
Tự động điều khiển theo chơng trình đặt trớc
Tự động điều khiển dây chuyền công nghệ.
ổnđịnhthôngsố.
Các thông số của hệ thống nh điện áp, dòng điện,
nhiệt độ, công suất có thể bị thay đổi trong quá trình
điều khiển. Khi các thông số này thay đổi có thể sẽ ảnh
hởng đến công nghệ, do vậy cần thiết kế hệ điều khiển
để ổn định chúng.
T ng hoỏ thit b in
GV: Nguyn V Thanh 3
Yêu cầu của mạch tự động
Yêu cầu về kĩ thuật
Đáp ứng chế độ làm việc của thiết bị điện.
Đảm bảo các sai số tĩnh và động của hệ điều khiển.
Đảm bảo độ tác động nhanh và chính xác.
Có chỉ tiêu năng lợng cao (hiệu suất, cos).
Phù hợp với điều kiện môi trờng.
Điều khiển đơn giản, hoạt động tin cậy
Tối thiểu hoá số lợng các thiết bị điều khiển.
Các thiết bị động lực phải có tính lắp lẫn.
Các thiết bị điều khiển có sự đồng nhất hoá.
Tối thiểu các thao tác điều khiển đối với ngời vận hành.

Linh hoạt v thuận tiện khi điều khiển
Linh hoạt trong chuyển đổi các chế độ làm việc.
Bố trí hợp lí các thiết bị điều khiển.
T ng hoỏ thit b in
GV: Nguyn V Thanh 4
Dễ dng phát hiện v kiểm tra sự cố
Đây là một yêu cầu cần thiết đối với một hệ thống điều
khiển.
Trong một hệ thống điều khiển phức tạp, thờng chia ra
thành nhiều nhóm chức năng, mỗi nhóm chức năng đều
đợc thiết kế các tín hiệu giám sát và báo sự cố (báo
lỗi).
Linh hoạt v thuận tiện khi điều khiển
Linh hoạt trong chuyển đổi các chế độ làm việc.
Bố trí hợp lí các thiết bị điều khiển.
Tác động chính xác ở điều kiện bình thờng v sự
cố.
Cần đảm bảo tốt sự vận hành bình thờng của hệ điều khiển.
Cần có các mạch bảo vệ hệ thống khi xảy ra sự cố, tránh đổ vỡ
toàn bộ hệ thống.
Cần khắc phục các mạch giả trong khi vận hành xảy ra sự cố.
Thuận tiện cho lắp đặt, sửa chữa, vận hnh
Đối với các hệ thống điều khiển phức tạp, cần chia nhỏ thành các
môdule. Các môdule này phải đợc kết nối với nhau dễ dàng.
Các môdule cần có các kí hiệu đầu dây, hoặc cầu đấu, giắc cắm
đặc biệt.
Khi thiết kế hệ thống cần tính đến khả năng mở rộng, do đó
không gian thiết kế lắp đặt phải thuận lợi.
T ng hoỏ thit b in
GV: Nguyn V Thanh 5

Các thiết bị điều khiển hoặc môdule điều khiển cần có
tính năng lắp lẫn, dễ dàng tháo rời trong trờng hợp cần
bảo dỡng tại các trung tâm sửa chữa.
Kích thớc, giá thnh phải hợp lí.
Kíchthớc thiết kế cần phù hợp với không gian lắp đặt.
Giảm thiểu các chi tiết bộ phận không cần thiết.
Tận dụng những thiết bị, chi tiết phù hợp với yêu cầu
điều khiển để giảm giá thành nhng vẫn đáp ứng đợc
chỉ tiêu chất lợng.
An tontrongthiếtkếv vận hnh.
Yếu tố an toàn luôn đợc đề cập đến trong quá trình
thiết kế hệ thống.
Luôn có các thiết bị phòng chống cháy nổ cho các thiết
bị động lực, các van bán dẫn công suất.
Các thiết bị điều khiển cần có các mạch chống nhiễu vô
tuyến, nhiễu điện từ trong môi trờng công nghiệp.
Các quy phạm về an toàn trong sử dụng khai thác thiết
bị điện, thiết bị điều khiển cần đợc xét tới khi thiết kế
lắp đặt hệ thống.
T ng hoỏ thit b in
GV: Nguyn V Thanh 6
mục tiêu của mạch tự động
Giảm giá thnh sản phẩm.
Nâng cao chất lợng sản phẩm.
Tăng năng suất, đổi mới sản phẩm.
Tác động lên nhiều khâu của dây chuyền
sản xuất.
Tác động lên nhiều phơng án sản xuất.
Nâng cao khả năng phát triển sản xuất.
Cấu trúc của hệ tự động hoá

Cấu trúc tổng quát:
PHần ĐK
Ôtômát
lập trình
Thiết bị điện
Thông tin vo
Cơ cấu điều khiển
PHần tđ
Máy sản xuất
Động cơ, thiết bị biến đổi
Cảm biến
Lệnh
T ng hoỏ thit b in
GV: Nguyn V Thanh 7
kí hiệu điện
Cơ cấu điều khiển
Khí cụ đóng cắt
Máy điện một chiều
Liên hệ cơ khí
Máy điện xoay chiều
Âm thanh
Khí cụ đơn cực
Cuộn hút
Cầu chì
Máy biến áp
thểhiệnsơđồnguyênlí
Thể hiện bằng nét vẽ đậm (động lực) nhạt
(điều khiển)
Kí hiệu trên bản vẽ
Bố trí linh kiện, thiết bị trên bản vẽ

Đánh số đầu dây
T ng hoỏ thit b in
GV: Nguyn V Thanh 8
Thểhiệnbằngnétvẽ
Thể hiện sơ đồ mạch điện bằng nét vẽ
a) sơ đồ động lực, b) sơ đồ mạch điều khiển
Rd
Rd
K
a)
M3
3
b)
M
D
K
Rd
Rd
K
Thểhiệnbằngkíhiệu
Ví dụ: Rơle: R1, Cầu dao: CD1
áptômát: AT1, Cầu chì: CC1
Côngtắctơ thuận: T Côngtắctơ ngợc: N
Số thứ tự mối nối hoặc nút: 1, 2, 3, 4
Bố trí linh kiện thiết bị trên bản vẽ
Phân cột trên bản vẽ, các thiết bị thờng đợc bố trí
theo cột.
Cácthiếtbịthờng đợc vẽ theo nhóm chức năng, ví dụ
nhóm các rơle, nhóm các côngtắctơ, nhóm các áptômát
Đối với các tập bản vẽ, thờng đợc đánh số trang, mối

liên hệ về điện giữa các trang phải đợc kí hiệu rõ ràng,
ví dụ: 12/6 trang 12, cột 6
T ng hoỏ thit b in
GV: Nguyn V Thanh 9
Đánh số đầu dây
Tạo thuận lợi khi đọc bản vẽ, và khi tạo bản vẽ lắp ráp
Ví dụ: A1, B2, C3 hoặc 405, 354
Các số giống nhau, phải là các điểm đẳng thế
1
2345
6
7
1
2345
6
7
12/6
K
K
K
11/5
10/6
7/4
thể hiện sơ đồ lắp ráp
Phân chia khu vực lắp ráp, nhóm các thiết
cùng một khu vực (cùng một tủ điện).
Lập bảng nối dây giữa các khu vực (nhóm
thiết bị).
Tạo lập sơ đồ nối dây giữa các khu vực.
Nối dây từng khu vực (nhóm thiết bị).

Tự động hoá thiết bị điện
GV: Nguyễn Vũ Thanh 10
VÝ dô:
M3
3
Ap
K
Rn
X1
X2
K1
K2
r1
r2
Rn1
Rt2
Rn1
7
6
4
3
2
Rt2
Rt1
K2
Rt2
K1
Rt1
Rn
K

K
M
D
CC1
X3
X4
1
5
8
§
S¬ ®å l¾p r¸p khu vùc ®éng lùc
3
3
4
2
5
4
1
X3
X3 X4
X2
X1
6
4
4
7
r1
r2
Rn
K

Ap
2345
K
§Õn stato §C
K1
K2
K2
K1
764
§Õn r«to §C
1X4
C
BA
L3
L2
L1
X2
X1
abc
T ng hoỏ thit b in
GV: Nguyn V Thanh 11
khu vực rơle
4312
D
M
Đ
122
3
3
4

33
3
3
6
6
7
8
8
X4
5
Rt1 Rt2 Rn1
43 567
X4
khu vực điều khiển
Các nguyên tắc lắp đặt
Bố trí thiết bị
Theo nguyên tắc trọng lợng
Theo nguyên tắc phát nhiệt
Theo nguyên tắc chức năng
Theo họ linh kiện
Theo chức năng phục vụ của nhóm linh kiện
T ng hoỏ thit b in
GV: Nguyn V Thanh 12
Dây động lực v điều khiển
Dây dẫn phải đảm bảo đợc mức độ an toàn khi vận
hành.
Chịu đợc dòng điện I
đm
của phụ tải.
Chịu đợc độ bền cơ.

Mầu sắc dây phù hợp với yêu cầu.
Dây động lực có thể là thanh cái, hoặc cáp điện. Các
đầu nối cần có đầu cốt (hoặc kẹp cáp kiểu làn sóng).
Dây điều khiển thờng là dây đồng mềm gồm nhiều sợi
nhỏ, có vỏ bọc cách điện.
Các đầu cốt nối dây cần đợc đánh số theo bản vẽ
nguyên lí, các số này thờng đợc in trên các ghen
nhựa.
Trong một số trờng hợp đặc biệt cần chống cháy, dây
dẫn thờng đợc bọc nhựa đặc biệt, làm chậm quá trình
cháy, có đặc tính ngăn chặn sự phát triển của lửa, hạn
chế khói và các chất khí gây ăn mòn và độc hại.
Bố trí dây trong tủ điện
Thờng đợc đi theo hai chiều nằm ngang hoặc thẳng
đứng.
Các nhóm dây cùng chức năng thờng đợc bó bằng
dây rút nhựa mềm, mầu đen hoặc trắng.
Các dây dẫn trong tủ điện cần đợc đặt trong máng dây
có sẻ rãnh hoặc ống đi dây.
Các dây dẫn đi ra thành tủ hoặc cửa tủ, cần có độ võng
thích hợp và đợc cuốn gọn gàng.
T ng hoỏ thit b in
GV: Nguyn V Thanh 13
Nối dây giữa bảng mạch v nối ra ngoi
Nối dây giữa các bảng mạch trong tủ điện thờng sử
dụng cầu đấu kết hợp với các giắc cắm.
Nối dây giữa các bo mạch điều khiển thờng sử dụng
giắc cắm tín hiệu, có thể dới dạng sợi rời, có thể dới
dạng cáp tín hiệu.
Để nối dây ra ngoài, thờng dùng cầu đấu hoặc nối trực

tiếp lên thanh cái. Các cầu đấu này thờng đợc bố trí
gần chỗ cho dây ra hoặc cho dây vào.
Khi có nhiều tủ nối với nhau, thì các dây ra và vào phải
đợc bố trí nối tiếp nhau, tránh đi dây lòng vòng.
Bố trí bo mạch điều khiển
Các bo mạch in phải đợc lắp trên khung gá cách điện
với tủ.
Các bo mạch in có thể đợc đổ nhựa trong để cố định
linh kiện và cố định vào khung gá.
Do sốlợng dây điều khiển nhiều, nên ta cần có biện
pháp để phân biệt, tránh nhầm lẫn khi thay thế.
Vị trí lắp đặt các bo mạch điều khiển phải ở vị trí thuận
lợi, để dễ dàng hiệu chỉnh và thay thế.
T ng hoỏ thit b in
GV: Nguyn V Thanh 14
Phân tích v tổng hợp
hệ thống điều khiển
Nắm rõ đợc yêu cầu của đối tợng cần
điều khiển tự động.
Nắm rõ đợc từng khâu trong hệ thống
điều khiển.
Trên cơ sở đó lựa chọn phơng pháp điều
khiển, tiến hnh khảo sát ở chế độ động v
chế độ tĩnh.
các nguyên tắc cơ bản khi
thiết kế hệ tự động
Trong điều khiển tự động truyền động điện
Trong điều khiển các quá trình tuần tự
Trong điều khiển các quá trình liên tục
T ng hoỏ thit b in

GV: Nguyn V Thanh 15
Trong điều khiển tự động
truyền động điện
Trong điều khiển tự động truyền động điện thờng xảy ra các quá
trình khởi động, hãm và đảo chiều quay. Để làm đợc điều này,
có thể dựa vào bốn nguyên tắc sau:
Nguyên tắc thời gian
Nguyên tắc tốc độ
Nguyên tắc dòng điện
Nguyên tắc hành trình
n
I
t
c
1
t
t
2
1
I
I
2
c
I

0
c


1

2

3
3
t
Nguyên tắc thời gian
Khi khởi động đóng toàn bộ điện trở mở máy, rồi dựa vào các
mốc thời gian t
1
, t
2
và t
3
để cắt từng cấp điện trở.
Nguyên tắc tốc độ
Khi khởi động đóng toàn bộ điện trở mở máy, rồi dựa vào các
mốc tốc độ
1
,
2
và
3
để cắt từng cấp điện trở.
Nguyên tắc dòng điện
Khi khởi động đóng toàn bộ điện trở mở máy, rồi dựa vào việc
giảm dòng điện khởi động đến I
2
để cắt từng cấp điện trở.
Nguyên tắc hnh trình

Là nguyên tắc điều khiển tự động dựa trên hành trình chuyển
động của hệ truyền động điện.
T ng hoỏ thit b in
GV: Nguyn V Thanh 16
điều khiển các quá trình
tuần tự
Dựa vobi toán công nghệ, phân tích yêu
cầuđiềukhiển.
Sử dụng các công cụ phân tích nh mạng
Grafcet (SFC) cho các bitoántuầntự.
Chuyển đổi sang các mạch điều khiển sử
dụng linh kiện rời, hoặc các thiết bị lập
chơng trình, nh: vi điều khiển, PLC,
LOGO!
điều khiển các quá trình
liên tục
Xác định, nắm chắc đặc điểm v mô hình
hoá đối tợng điều khiển.
Xác định yêu cầu về chất lợng điều chỉnh,
mức độ sai số, độ quá điều chỉnh
Lựa chọn phơng pháp điều khiển v bộ
điều khiển phù hợp.
Tiến hnh thử nghiệm v kiểm tra ở chế độ
tĩnh v chế độ động.
T ng hoỏ thit b in
GV: Nguyn V Thanh 17
một số sơ đồ mạch điển hình
Mạch bảo vệ không.
Mạch bảo vệ quá dòng điện cực đại.
Mạch bảo vệ quá dòng điện cực tiểu.

Mạch bảo vệ quá tải.
Mạch bảo vệ hnh trình.
Mạch bảo vệ quá trình khởi động.
Mạch liên động điện v liên động cơ.
Mạch phanh hãm điện từ
K
K
M
D
Mạch bảo vệ không.
Mạch bảo vệ quá dòng điện cực đại.
b)
M
D
K
Rd
Rd
K
Rd
Rd
K
a)
M3
3
Tự động hoá thiết bị điện
GV: Nguyễn Vũ Thanh 18
M¹ch b¶o vÖ qu¸ dßng ®iÖn cùc tiÓu.
9
8
K

K
M
D
M
CD
CC1 CC2
K
r3
r2
r1
K
K1K2
K3
K3
K2
K1
KT
1
2
3
4
5
6
7
Rd
Rd
M¹ch b¶o vÖ qu¸ t¶i
K1
K2
r1

r2
M3
3
CC1
Ap
K
Rn
D
M
K
K
Rn
Rt1
K1
Rt2
K2
Rt1
Rt2
CC2
X1
X2
1
2
3
4
6
5
Tự động hoá thiết bị điện
GV: Nguyễn Vũ Thanh 19
M¹ch b¶o vÖ hμnh tr×nh

7
5
3
2
X2
X1
CC2
Rn
T
T
MT
D
Rn
T
Ap
CC1
3
M3
N
HCT
MN
N
HCN
N
1
4
6
HCT
HCN
Xe ch¹y

M¹ch b¶o vÖ qu¸ tr×nh khëi ®éng
M3
3
CC1
Ap
K
Rn
D
M
K
K
Rn
Rt1
K1
Rt2
K2
Rt1
Rt2
CC2
X1
X2
1
2
3
4
6
5
K1
K2
r1

r2
Rn1
Rt2
Rn1
Tự động hoá thiết bị điện
GV: Nguyễn Vũ Thanh 20
M¹ch liªn ®éng ®iÖn vμ liªn ®éng c¬
9
4
1
N
T
N
MN
N
N
M3
3
CC1
Ap
T
Rn
D
MT
T
T
Rn
CC2
X1
X2

23
7
12
HCT
HCN
56
8
10
11
HCT
HCN
AB
xe hµng
M¹ch phanh h·m ®iÖn tõ
7
5
3
2
X2
X1
CC2
Rn
Ph
Ph
MPh
D
Rn
Ph
Ap
CC1

3
M3
MN
K
Ph
K
1
4
6
K