Nghiên cứu thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm

Đồ án môn học :PLC GVHD: HÀ HUY GIÁP
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KĨ THUẬT CÔNG NGHIỆP
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
Họ và tên sinh viên: MAI HUY TIẾN
Lớp: ĐIỆN 5A
Ngành: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
Giáo viên hướng dẫn: HÀ HUY GIÁP
I. ĐỀ TÀI:
Nghiên cứu thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm.
Hệ thống gồm các thiết bị và định địa chỉ vào ra như sau:
Stt Thiết bị Địa chỉ Ghi chú
1 Nút start I0.0 Nút ấn start trên panel
2 Nút stop I0.7 Nút ấn stop trên panel
3 QS I1.0 Nút dừng khẩn cấp
4 AM I1.4 Công tắc chuyển chế độ
5 Cbvt1 I0.1 Cảm biến vị trí kho 1
6 Cbvt2 I0.2 Cảm biến vị trí kho 2
7 Cbvt3 I0.3 Cảm biến vị trí kho 3
8 Cbthap I0.4 Cảm biến thấp
9 Cbtrungbinh I0.5 Cảm biến trung bình
10 Cbcao I0.6 Cảm biến cao
11 Cbtu1 I1.1 Cảm biến xác định kết thúc
hành trình xilanh 1
12 Cbtu2 I1.2 Cảm biến xác định kết thúc
hành trình xilanh 2
SVTH: MAI HUY TIẾN Page 1
Đồ án môn học :PLC GVHD: HÀ HUY GIÁP
13 Cbtu3 I1.3 Cảm biến xác định kết thúc
hành trình xilanh 3
14 Đèn start Q0.0 Đèn xanh
15 Đèn stop Q0.7 Đèn đỏ

16 Xilanh1 Q0.1 Van điều khiển xilanh1
17 Xilanh2 Q0.2 Van điều khiển xilanh2
18 Xilanh3 Q0.3 Van điều khiển xilanh3
19 Đc băng tải Q0.4 Động cơ
20 DI3 Q0.5 Đầu vào biến tần tốc độ 1
21 DI4 Q0.6 Đầu vào biến tần tốc độ 2
 Yêu cầu
1. Tìm hiểu PLC S7-200 CPU 224, Modul mở rộng đầu vào ra tương tự
2. Tìm hiểu biến tần của hãng ABB.
3. Tìm hiểu Encoder ES3-10CG6541
4. Thiết kế hê thống điều khiển hệ kín PLC-Biến tần điều khiển trạm phân loại
sản phẩm theo yêu cầu công nghệ sau: Đẩy các sản phẩm lần lượt vào các
kho. Khi kho 3 đủ 3 sản phẩm thì sang kho 2 rồi đến kho 1.
5. Thiết kế giao diện điều khiển sử dụng WinCC Flexible.
SVTH: MAI HUY TIẾN Page 2
Đồ án môn học :PLC GVHD: HÀ HUY GIÁP
Mục Lục
LỜI CẢM ƠN
TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Chương 1: Tổng quan về PLC S7-200 CPU 224, Modul mở rộng đầu vào ra
tương tự
1. Tổng quan về PLC S7-200 CPU 224:
1.1 Bộ điều khiển lập trình (PLC)
1.1.1. Khái niệm
1.1.2. Chủng loại
1.1.3. Ưu thế của hệ thống điều khiển dùng PLC
1.1.4. Hạn chế
1.1.5. Các ứng dụng của PLC
1.2. Các thành phần CPU
1.2.1. Đặc điểm của CPU 224

1.2.2. Các đèn báo trên PLC
1.2.3. Công tắc chọn chế độ làm việc
1.3. Kết nối điều khiển cho các model của S7-200
2. Modul mở rộng đầu vào ra tương tự
Chương 2: Giới Thiệu Biến Tần của Hãng ABB.
1. Giới thiệu chung về biến tần.
1.1. Khái niệm
1.2.Cấu tạo của biến tần
1.2.1. Bộ chỉnh lưu
1.2.2.Tuyến dẫn Một chiều
1.2.3. IGBT
1.2.4. Bộ điện kháng xoay chiều
1.2.5. Bộ điện kháng một chiều
1.2.6. Điện trở hãm
1.3. Nguyên lý hoạt động của biến tần
1.4. Lợi ích của việc sử dụng biến tần
1.5. Một số điều lưu ý khi sử dụng biến tần
2. Giới thiệu về biến tần của hãng ABB
2.1. GIỚI THIỆU VỀ HÃNG ABB TẠI VIỆT NAM
2.2. BIẾN TẦN ABB ACS355
2.2.1. Các tính năng nổi bật
2.2.2. Thông số kỹ thuật
2.2.3. Các đầu vào ra
2.3.Biến tần ABB ACS150
2.4.Biến tần ABB ACS310
SVTH: MAI HUY TIẾN Page 3
Đồ án môn học :PLC GVHD: HÀ HUY GIÁP
2.5.Biến tần ABB ACS55
2.6.Biến tần ABB ACS550
2.7.Biến tần ABB ACS800

2.8.Biến tần ABB ACS850
2.9.Biến tần ABB ACS880
2.10.Biến tần ABB ACH550
Chương 3: Giới thiệu về Encoder ES3-10CG6541
3.1. Giới thiệu chung về Encoder
3.1.1. Khái niệm:
SVTH: MAI HUY TIẾN Page 4
Đồ án môn học :PLC GVHD: HÀ HUY GIÁP
3.1.2. Phân loại
3.1.3. Chi tiết và nguyên lý hoạt động
3.1.1.1. Encoder tuyệt đối (absolute encoder)
3.1.1.2 Encoder tương đối (incremental encoder)
3.1.4. Ứng dụng thực tiễn của encoder
3.2. Encoder ES3-10CG6541
3.2.1. Xác định vòng quay và góc quay
Chương 4 : Thiết kế hê thống điều khiển hệ kín PLC-Biến tần điều
khiển trạm phân loại sản phẩm
4.1. Sơ đồ kết nối hệ thống PLC-Biến tần-Động cơ
4.2. Chương trình điều khiển
4.3. Cài đặt biến tần ABB ACS-355
4.4. Cài đặt cho động cơ
Chương 5: Thiết kế giao diện điều khiển sử dụng WinCC Flexible.
5.1. Giới thiệu chung
5.2. Các bước thiết kế giao diện
SVTH: MAI HUY TIẾN Page 5
Đồ án môn học :PLC GVHD: HÀ HUY GIÁP
LỜI CẢM ƠN
Sau khi được nhận đề tài dưới sự hướng dẫn trực tiếp của các thầy, cô cùng
với sự nỗ lực của chính bản thân, em đã hoàn thành xong khối lượng kiến thức mà
cô hướng dẫn đã giao phó cho em. Qua đây em cũng xin chân thành cảm ơn các

thầy cô giáo trong khoa Điện và đặc biệc là thầy HÀ HUY GIÁP.
Trong quá trình làm đề tài em đã tích luỹ được một số kiến thức để có thê nâng
cao kiến thức của mình một cách chắc chắn hơn. Tuy nhiên với thời gian và kiến
thức có hạn cho dù em đã cố gắng hết mình song khó tránh khỏi những thiếu sót.
Em rất mong nhận được sự góp ý xây dựng của các thầy cô để đồ án của em được
hoàn thành hơn nữa. Một lần nữa cho em xin cảm ơn đến các thầy cô trong khoa.
SVTH: MAI HUY TIẾN Page 6
Đồ án môn học :PLC GVHD: HÀ HUY GIÁP
TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Trong những năm gần đây, bộ điều khiển lập trình được sử dụng ngày
càng rộng rãi trong công nghiệp của nước ta như là 1 giải pháp lý tưởng cho việc
tự động hóa các quá trình sản xuất. Cùng với sự phát triển công nghệ máy tính đến
hiện nay, bộ điều khiển lập trình đạt được những ưu thế cơ bản trong ứng
dụng điều khiển công nghiệp.Chính vì vậy để hiểu rõ hơn về các dây chuyền tự
động em đã “ Thiết kế hệ thống đếm phân loại sản phẩm” gồm có các phần
chính sau:
Chương1:Tìm hiểu PLC S7-200 CPU 224, Modul mở rộng đầu vào ra tương tự
Chương 2: Tìm hiểu biến tần của hãng ABB.
Chương 3: Tìm hiểu Encoder ES3-10CG6541
Chương 4 : Thiết kế hê thống điều khiển hệ kín PLC-Biến tần điều khiển trạm
phân loại sản phẩm theo yêu cầu công nghệ sau: Đẩy các sản phẩm lần lượt vào
các kho. Khi kho 3 đủ 3 sản phẩm thì sang kho 2 rồi đến kho 1.
Chương 5: Thiết kế giao diện điều khiển sử dụng WinCC Flexible.
SVTH: MAI HUY TIẾN Page 7
Đồ án môn học :PLC GVHD: HÀ HUY GIÁP
Chương 1:
Tổng quan về PLC S7-200 CPU 224, Modul mở rộng đầu vào ra tương tự
1. Tổng quan về PLC S7-200 CPU 224:
1.1 Bộ điều khiển lập trình (PLC)
1.1.1. Khái niệm

PLC là bộ điều khiển lập trình và được xem là máy tính công nghiệp. Do công
nghệ ngày càng cao vì vậy lập trình PLC cũng ngày càng thay đổi, chủ yếu là sự
thay đổi về cấu hình hệ thống mà quan trọng là bộ xử lý trung tâm (CPU). Sự thay
đổi này nhằm cải thiện 1 số tính năng, số lệnh, bộ nhớ, số đầu vào/ ra(I/O), tốc độ
quét, … vì vậy xuất hiện rất nhiều loại PLC.
1.1.2. Chủng loại
PLC của Siemens hiện có các loại sau: S7- 200, S7- 300, S7- 400. Riêng S7- 200
có các loại CPU sau: CPU 210, CPU 214, CPU 221, CPU 222, CPU 224, CPU
226, …. Mới nhất có CPU 224 xp, CPU 226 xp có tích hợp analog.Tổng số
I/O max tương đối lớn, khoảng 256 I/O. Số module mở rộng tùy theo CPU có thể
lên đến tối đa 7 module.Tích hợp nhiều chức năng đặc biệt trên CPU như
ngõ ra xung, high speed counter, đồng hồ thời gian thực, . .v.v. Module mở rộng
đa dạng, nhiều chủng loại như analog, xử lý nhiệt độ, điều khiển vị trí, module
mạng v.v.
1.1.3. Ưu thế của hệ thống điều khiển dùng PLC:
- Điều khiển linh hoạt, đa dạng.
- Lượng contact lớn, tốc độ hoạt động nhanh.
- Tiến hành thay đổi và sửa chữa.
- Độ ổn định, độ tin cậy cao.
- Lắp đặt dơn giản.
- Kích thước nhỏ gọn.
- Có thể nối mạng vi tính để giám sát hệ thống.
1.1.4. Hạn chế
- Giá thành (tùy theo yêu cầu máy).
- Cần một chuyên viên để thiết kế chương trình cho PLC hoạt động.
- Các yêu cầu cố định, đơn giản thì không cần dùng PLC.
- PLC sẽ bị ảnh hưởng khi hoạt động ở môi trường có nhiệt độ
cao, độ rung mạnh.
1.1.5. Các ứng dụng của PLC:
- Điều khiển các quá trình sản xuất: giấy, ximăng, nước giải khát,

linh kiện điện tử, xe hơi, bao bì, đóng gói,…
- Rửa xe ôtô tự động.
- Thiết bị khai thác.
- Giám sát hệ thống, an toàn nhà xưởng.
- Hệ thống báo động.
SVTH: MAI HUY TIẾN Page 8
Đồ án môn học :PLC GVHD: HÀ HUY GIÁP
- Điều khiển thang máy.
- Điều khiển động cơ.
- Chiếu sang
- Cửa công nghiệp, tự động
- Bơm nước.
- Tưới cây.
- Báo giờ trường học, công sở,…
- Máy cắt sản phẩm, vô chai,…
- Và còn nhiều hệ thống điều khiển tự động khác.
1.2. Các thành phần CPU:
1.2.1. Đặc điểm của CPU 224:
- Kích thướt: 120.5mm x 80mm x 62mm
- Dung lượng bộ nhớ chương trình: 4096 words
- Dung lượng bộ nhớ dữ liệu: 2560 words
- Bộ nhớ loại EEFROM
- Có 14 cổng vào, 10 cổng ra.
- Có thể thêm vào 14 modul mở rộng kể cả modul Analog.
- Tốc độ xử lý một lệnh logic Boole 0.37µs
- Có 256 timer , 256 counter, các hàm số học trên số nguyên và số thực.
- Có 6 bộ đếm tốc độ cao, tần số đếm 20 KHz
- Có 2 bộ phát xung nhanh kiểu PTO và PWM, tần số 20 KHz chỉ ở các CPU DC.
- Có 2 bộ điều chỉnh tương tự.
- Các ngắt: phần cứng, theo thời gian, truyền thông,…

- Đồng hồ thời gian thực.
- Chương trình được bảo vệ bằng Password.
- Toàn bộ dung lượng nhớ không bị mất dữ liệu 190 giờ
khi PLC bị mất điện.
1.2.2. Các đèn báo trên PLC:
- SF: đèn báo hiệu hệ thống bị hỏng (đèn đỏ).
- RUN: PLC đang ở chế độ làm việc (đèn xanh).
- STOP: PLC đang ở chế độ dừng (đèn vàng).
- I x.x, Q x.x: chỉ định trạng thái tức thời cổng (đèn
xanh).
1.2.3. Công tắc chọn chế độ làm việc:
- RUN: cho phép PLC thực hiện chương trình
trong bộ nhớ, PLC sẽ chuyển từ RUN qua STOP
nếu gặp sự cố.
- STOP: PLC dừng công việc thực hiện chương
trình ngay lập tức.
SVTH: MAI HUY TIẾN Page 9
Đồ án môn học :PLC GVHD: HÀ HUY GIÁP
- TERM: cho phép máy lập trình quyết định chế độ làm việc của PLC. Dùng phần
mềm điều khiển RUN, STOP.
1.3. Kết nối điều khiển cho các model của S7-200 sau:
SVTH: MAI HUY TIẾN Page 10
Model
Description
Power
Supply
lii|XJt
Types. Output Tyi>es
221
DC,'DC/DC

221
AC,DC/Relay
20.4-28.8
VDC 85-264
VAC 47-63
Hz
6 DC
Inputs 6
DC Inputs
4 DC Outputs
4 Relay
Outputs
222 DC/DC/DC
222
AC/DC/Relay
20.4-28.8
VDC 35-264
VAC 47-63
Hz
fl DC
Inputs fl
DC Inputs
6 DC Outputs
G
Relay
Outputs
224 DC/DC/DC
224
AC/DC/Relay
20.4-28.8

VDC 35-264
VAC 47-63
Hz
14 DC
Inputs 14
DC Inputs
10 DC
Outputs 10
Relay
Outputs
226 DC/DC/DC
226
AC/DC/Relay
20.4-28.8
VDC 35-264
VAC 47-63
Hz
24 DC
Inputs 24
DC Inputs
16 DC
Outputs 15
Relay
Outputs
Đồ án môn học :PLC GVHD: HÀ HUY GIÁP
Kết nối dây cho PLC hoạt động:
Cấp nguồn:
Loại DC nguồn nuôi có kí hiệu là M, L+
Loại AC nguồn nuôi có kí hiệu là N, L1.
Ngõ vào:

Giả sử cần kết nối 1 công tắc, hoặc 1 nút nhấn cho ngỏ vào PLC
SVTH: MAI HUY TIẾN Page 11
Đồ án môn học :PLC GVHD: HÀ HUY GIÁP
Chân 1M, 2M nối chung với chân M.
Chân L+ nối vào 1 đầu của tiếp điểm, đầu còn lại của tiếp điểm nối vào
các ngỏ vào I trên PLC.
Ngõ ra:
Kết nối PLC điều khiển đèn Light, điều khiển Relay, các cơ cấu chấp hành khác,…
SVTH: MAI HUY TIẾN Page 12
Đồ án môn học :PLC GVHD: HÀ HUY GIÁP
Chân 1L, 2L nối vào nguồn dương.
Từng ngỏ ra từ PLC nối vào 1 đầu của tải, đầu còn lại của tải nối vào nguồn
âm.
Các ngõ vào thường dùng là:
- Nút nhấn, công tắc gạt, ba chấu,…
- Các loại cảm biến: quang điện, tiệm cận, điện dung, từ, kim loại,
siêu âm, phân biệt màu sắc, cảm biến áp suất, …
- Công tắc hành trình, công tắc thường.
- Rorary Encoder.
- Rơle điện từ.
- Sensor nhiệt độ.
- Bộ kiểm tra mức…
Các thiết bị được điều khiển ở ngỏ ra:
- Động cơ DC .
- Động cơ AC 1 pha và 3 pha.
SVTH: MAI HUY TIẾN Page 13
Đồ án môn học :PLC GVHD: HÀ HUY GIÁP
- Van khí nén.
- Van thuỷ lực.
- Van solenoid.

- Đèn báo, đèn chiếu sáng.
- Chuông báo giờ.
- Động cơ Step Servo.
- Biến tần.
- Quạt thông gió.
- Máy lạnh.
- Động cơ phát điện.
2. Modul mở rộng đầu vào ra tương tự:
- CPU 224 cho phép mở rộng nhiều nhất 14 module kể cả module analog.
Các module mở rộng tương tự và số đều có trong S7-200.
- Có thể mở rộng cổng vào / ra của PLC bằng cách ghép nối thêm vào nó
các module mở rộng về phía bên phải của CPU làm thành một móc xích.
Địa chỉ của các module được xác định bằng kiểu vào / ra và vị trí của
SVTH: MAI HUY TIẾN Page 14
Đồ án môn học :PLC GVHD: HÀ HUY GIÁP
module trong móc xích.
SVTH: MAI HUY TIẾN Page 15
Đồ án môn học :PLC GVHD: HÀ HUY GIÁP
Chương 2: Giới Thiệu Biến Tần của Hãng ABB.
1. Giới thiệu chung về biến tần.
1.1. Khái niệm
- Biến tần là thiết bị dung để chuyển đổi điện áp hoặc dòng điện xoay chiều ở đầu
vào từ một tần số này thành điện áp hoặc dòng điện có một tần số khác ở đầu ra.
- Bộ biến tần thường được sử dụng để điều khiển vận tốc động cơ xoay chiều theo
phương pháp điều khiển tần số, theo đó tần số của lưới nguồn sẽ thay đổi thành tần
số biến thiên.

Sơ đồ mạch bên trong của một biến tần:
1.2.Cấu tạo của biến tần
Gắn bên trong biến tần là các bộ phận có chức năng nhận điện áp đầu vào cố định

(với tần số cố định) và biến điện áp/tần số đó thành điện áp/tần số biến thiên ba pha
để điều khiển tốc độ động cơ.
SVTH: MAI HUY TIẾN Page 16
Đồ án môn học :PLC GVHD: HÀ HUY GIÁP
- Biến tần gồm mạch chỉnh lưu, mạch một chiều trung gian (DC link), mạch nghịch
lưu và phần điều khiển. Từ đó, ta có thể cụ thể hóa thành 6 bộ phận chính như sau:
1.2.1. Bộ chỉnh lưu:
Phần đầu tiên trong quá trình biến điện áp đầu vào thành đầu ra mong muốn cho
động cơ là quá trình chỉnh lưu. Điều này đạt được bằng cách sử dụng bộ chỉnh lưu
cầu đi-ốt sóng toàn phần.
Bộ chỉnh lưu cầu đi-ốt tương tự với các bộ chỉnh lưu thường thấy trong bộ nguồn,
trong đó dòng điện xoay chiều một pha được chuyển đổi thành một chiều. Tuy
nhiên, cầu đi-ốt được sử dụng trong Biến tần cũng có thể cấu hình đi-ốt bổ sung để
cho phép chuyển đổi từ điện xoay chiều ba pha thành điện một chiều.
Các đi-ốt chỉ cho phép luồng điện theo một hướng, vì vậy cầu đi-ốt hướng dòng
electron của điện năng từ Dòng Xoay chiều (AC) thành Dòng Một chiều (DC).
1.2.2.Tuyến dẫn Một chiều:
Tuyến dẫn Một chiều là một giàn tụ điện lưu trữ điện áp Một chiều đã chỉnh lưu.
Một tụ điện có thể trữ một điện tích lớn, nhưng sắp xếp chúng theo cấu hình Tuyến
dẫn Một chiều sẽ làm tăng điện dung.
SVTH: MAI HUY TIẾN Page 17
Đồ án môn học :PLC GVHD: HÀ HUY GIÁP
Điện áp đã lưu trữ sẽ được sử dụng trong giai đoạn tiếp theo khi IGBT tạo ra điện
năng cho động cơ.
1.2.3. IGBT:
Thiết bị IGBT được công nhận cho hiệu suất cao và chuyển mạch nhanh. Trong
biến tần, IGBT được bật và tắt theo trình tự để tạo xung với các độ rộng khác nhau
từ điện áp Tuyến dẫn Một chiều được trữ trong tụ điện.
Bằng cách sử dụng Điều biến Độ rộng Xung hoặc PWM, IGBT có thể được bật và
tắt theo trình tự giống với sóng dạng sin được áp dụng trên sóng mang.

Trong hình bên dưới, sóng hình tam giác nhiều chấm biểu thị sóng mang và đường
tròn biểu thị một phần sóng dạng sin.
SVTH: MAI HUY TIẾN Page 18
Đồ án môn học :PLC GVHD: HÀ HUY GIÁP
Nếu IGBT được bật và tắt tại mỗi điểm giao giữa sóng dạng sin và sóng mang, độ
rộng xung có thể thay đổi.
PWM có thể được sử dụng để tạo đầu ra cho động cơ giống hệt với sóng dạng sin.
Tín hiệu này được sử dụng để điều khiển tốc độ và mô-men xoắn của động cơ.
1.2.4. Bộ điện kháng xoay chiều:
Bộ điện kháng dòng Xoay chiều là cuộn cảm hoặc cuộn dây. Cuộn cảm lưu trữ
năng lượng trong từ trường được tạo ra trong cuộn dây và chống thay đổi dòng
điện.
Bộ điện kháng dòng giúp giảm méo sóng hài, tức là nhiễu trên dòng xoay chiều.
Ngoài ra, bộ điện kháng dòng Xoay chiều sẽ giảm mức đỉnh của dòng điện lưới
hay nói cách khách là giảm dòng chồng trên Tuyến dẫn Một chiều. Giảm dòng
chồng trên Tuyến dẫn Một chiều sẽ cho phép tụ điện chạy mát hơn và do đó sử
dụng được lâu hơn.
Bộ điện kháng dòng Xoay chiều có thể hoạt động như một bộ hoãn xung để bảo vệ
mạch chỉnh lưu đầu vào khỏi nhiễu và xung gây ra do bật và tắt các tải điện cảm
khác bằng bộ ngắt mạch hoặc khởi động từ.
Có vài nhược điểm khi sử dụng bộ điện kháng, như chi phí tăng thêm, cần nhiều
không gian pa-nen hơn và đôi khi là giảm hiệu suất.
SVTH: MAI HUY TIẾN Page 19
Đồ án môn học :PLC GVHD: HÀ HUY GIÁP
Trong các trường hợp hiếm gặp, bộ điện kháng dòng có thể được sử dụng ở phía
đầu ra của Biến tần để bù cho động cơ có điện cảm thấp, nhưng điều này thường
không cần thiết do hiệu suất hoạt động tốt của công nghệ IGBT.
1.2.5. Bộ điện kháng một chiều:
Bộ điện kháng Một chiều giới hạn tốc độ thay đổi dòng tức thời trên tuyến dẫn Một
chiều. Việc giảm tốc độ thay đổi này sẽ cho phép bộ truyền động phát hiện các sự

cố tiềm ẩn trước khi xảy ra hỏng hóc và ngắt bộ truyền động ra.
Bộ điện kháng Một chiều thường được lắp đặt giữa bộ chỉnh lưu và tụ điện trên các
bộ Biến tần 7,5 kW trở lên. Bộ điện kháng Một chiều có thể nhỏ và rẻ hơn Bộ điện
kháng Xoay chiều.
Bộ điện kháng Một chiều giúp hiện tượng méo sóng hài và dòng chồng không làm
hỏng tụ điện, tuy nhiên bộ điện kháng này không cung cấp bất kỳ bảo vệ chống
hoãn xung nào cho bộ chỉnh lưu.
1.2.6. Điện trở hãm:
SVTH: MAI HUY TIẾN Page 20
Đồ án môn học :PLC GVHD: HÀ HUY GIÁP
Tải có lực quán tính cao và tải thẳng đứng có thể làm tăng tốc động cơ khi động cơ
cố chạy chậm hoặc dừng. Hiện tượng tăng tốc động cơ này có thể khiến động cơ
hoạt động như một máy phát điện.
Khi động cơ tạo ra điện áp, điện áp này sẽ quay trở lại tuyến dẫn Một chiều.
Lượng điện thừa này cần phải được xử lý bằng cách nào đó. Điện trở được sử dụng
để nhanh chóng “đốt cháy hết” lượng điện thừa này được tạo ra bởi hiện tượng này
bằng cách biến lượng điện thừa thành nhiệt.
Nếu không có điện trở, mỗi lần hiện tượng tăng tốc này xảy ra, bộ truyền động có
thể ngắt do lỗi quá áp trên tuyến dẫn một chiều.
1.3. Nguyên lý hoạt động của biến tần:
- 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.
SVTH: MAI HUY TIẾN Page 21

Đồ án môn học :PLC GVHD: HÀ HUY GIÁP

Sơ đồ chi tiết mạch điện của biến tần:

Dạng sóng điện áp và dòng điện đầu ra biến tần:
SVTH: MAI HUY TIẾN Page 22
Đồ án môn học :PLC GVHD: HÀ HUY GIÁP
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.
1.4. Lợi ích của việc sử dụng biến tần:
Lợi ích nhìn thấy đầu tiên là tiết kiệm điện: hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ
biến tần rất cao vì sử dụng các bộ linh kiện bán dẫn công suất chế tạo theo công
nghệ hiện đại. Chính vì vậy, năng lượng tiêu thụ cũng xấp xỉ bằng năng lượng yêu
cầu của hệ thống. Qua tính toán với các dữ liệu thực tế, với các chi phí thực tế thì
với một động cơ sơ cấp khoảng 100 kW, thời gian thu hồi vốn đầu tư cho một bộ
biến tần là khoảng từ 3 tháng đến 6 tháng. Hiện nay ở Việt nam đã có một số xí
nghiệp sử dụng máy biến tần này và đã có kết quả rõ rệt.
Với giải pháp tiết kiệm năng lượng bên cạnh việc nâng cao tính năng điều khiển hệ

thống, các bộ biến tần hiện nay đang được coi là một ứng dụng chuẩn cho các hệ
truyền động cho bơm và quạt.
Nhờ tính năng kỹ thuật cao với công nghệ điều khiển hiện đại nhất (điều khiển tối
ưu về năng lượng) các bộ biến tần đang và sẽ làm hài lòng nhiều nhà đầu tư trong
nước, trong khu vực và trên thế giới.
Các loại tải nên sử dụng biến tần để tiết kiệm điện:
+ Phụ tải có mô mem thay đổi (điều hòa trung tâm, bơm cấp nước, bơm quạt
mát, ).
+ Động cơ luôn chạy non tải mà không thể thay động cơ được thì phải lắp thêm
biến tần.
- Điểm đặc biệt nhất của hệ truyền động biến tần - động cơ là bạn có thể điều chỉnh
vô cấp tốc độ động cơ. Tức là thông qua việc điều chỉnh tần số bạn có thể điều
chỉnh tốc độ động cơ thay đổi theo ý muốn trong một dải rộng.
- Sử dụng bộ biến tần bán dẫn, cũng có nghĩa là bạn mặc nhiên được hưởng rất
nhiều các tính năng thông minh, linh hoạt như là tự động nhận dạng động cơ; tính
năng điều khiển thông qua mạng; có thể thiết lập được 16 cấp tốc độ; khống chế
SVTH: MAI HUY TIẾN Page 23
Đồ án môn học :PLC GVHD: HÀ HUY GIÁP
dòng khởi động động cơ giúp quá trình khởi động êm ái (mềm) nâng cao độ bền
kết cấu cơ khí; giảm thiểu chi phí lắp đặt, bảo trì; tiết kiệm không gian lắp đặt; các
chế độ tiết kiệm năng lượng,…
- Bạn sẽ không còn những nỗi lo về việc không làm chủ, khống chế được năng
lượng quá trình truyền động bởi vì từ nay bạn có thể kiểm soát được nó thông qua
các chế độ bảo vệ quá tải, quá nhiệt, quá dòng, quá áp, thấp áp, lỗi mất pha, lệch
pha,… của biến tần.
1.5. Một số điều lưu ý khi sử dụng biến tần:
- Tùy theo ứng dụng mà bạn lựa chọn bộ biến tần cho phù hợp, theo cách đó bạn sẽ
chỉ phải trả một chi phí thấp mà lại đảm bảo độ tin cậy làm việc.
- Bên trong bộ biến tần là các linh kiện điện tử bán dẫn nên rất nhậy cảm với điều
kiện môi trường, mà Việt Nam có khí hậu nóng ẩm nên khi lựa chọn bạn phải chắc

chắn rằng bộ biến tần của mình đã được nhiệt đới hoá, phù hợp với môi trường khí
hậu Việt Nam.
- Bạn phải đảm bảo điều kiện môi trường lắp đặt như nhiệt độ, độ ẩm, vị trí.
Các bộ biến tần không thể làm việc ở ngoài trời, chúng cần được lắp đặt trong tủ có
không gian rộng, thông gió tốt (tủ phải có quạt thông gió), vị trí đặt tủ là nơi khô
ráo trong phòng có nhiệt độ nhỏ hơn 50 độC, không có chất ăn mòn, khí gas, bụi
bẩn.
- Đọc kỹ hướng dẫn sử dụng, nếu không hiểu hoặc không chắc chắn thì không tự ý
mắc nối hoặc thay đổi các tham số thiết đặt.
- Nhờ các chuyên gia kỹ thuật của hãng cung cấp biến tần cho bạn hướng dẫn lắp
đặt, cài đặt để có được chế độ vận hành tối ưu cho ứng dụng của bạn.
SVTH: MAI HUY TIẾN Page 24
Đồ án môn học :PLC GVHD: HÀ HUY GIÁP
- Khi biến tần báo lỗi hãy tra cứu mã lỗi trong tài liệu và tìm hiểu nguyên nhân gây
lỗi, chỉ khi nào khắc phục được lỗi mới khởi động lại.
- Mỗi bộ biến tần đều có một cuốn tài liệu tra cứu nhanh, bạn nên ghi chép chi tiết
các thông số đã thay đổi và các lỗi mà bạn quan sát được vào cuốn tài liệu này, đây
là các thông tin rất quan trọng cho các chuyên gia khi khắc phục sự cố cho bạn
2. Giới thiệu về biến tần của hãng ABB
2.1. GIỚI THIỆU VỀ HÃNG ABB TẠI VIỆT NAM
- Tiền thân của tập đoàn đa quốc gia ABB là 2 công ty ASEA và Brown, Boveri &
Cie (BBC)
- Tập đoàn ABB:Công ty trách nhiệm hữu hạn ASEA AB của Vasteras - Thụy Điển
và BBC Brown Boveri của Baden - Thụy Sĩ, công bố kế hoạch hợp nhất với nhau
thành công ty trách nhiệm hữu hạn ABB Asea Brown Boveri vào tháng 8 năm
1987, trụ sở chính đặt tại Zurich, Thụy sĩ. Mỗi công ty nắm giữ 50% trong cổ phần
trong công ty mới. ABB chính thức đi vào hoạt động vào ngày 05/1/1988 với trụ sở
đặt tại Zurich_Thụy Sĩ. Tập đoàn ABB (Thụy Sỹ) hiện là một trong những nhà
cung cấp hàng đầu thế giới về các sản phẩm kỹ thuật điện và tự động hóa trong
lĩnh vực công nghiệp

- ABB tại Việt Nam là một phần của tập đoàn ABB, một nhà lãnh đạo
toàn cầu trong công nghệ điện và tự động hóa cho phép khách hàng tiện ích
và ngành công nghiệp để cải thiện hiệu suất của họ trong khi làm giảm tác
động môi trường .Tập đoàn ABB của các công ty hoạt động trong khoảng 100
quốc gia và sử dụng khoảng 120.000 người thành lập tại Việt Nam vào năm
1993, ABB gần đây đã có hơn 750 nhân viên làm việc tại ba khu vực trên khắp đất
nước để đảm bảo sự hiện diện trên toàn quốc của thương hiệu
ABB. Trụ sở chính và nhà máy biến áp được đặt tại Hà Nội, các văn phòng
chi nhánh tại Thành phố Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, Vũng Tàu, Bắc Ninh. Cơ
cấu Tập đoàn ABB được tổ chức trong năm Sản phẩm bộ phận điện, hệ thống
điện, sản phẩm điện áp thấp Tự động hóa quá trình và Tự động hóa rời rạc và
chuyển động để phục vụ cho từng nhóm khách hàng một cách hiệu quả
nhất. Hỗ trợ đến năm đơn vị kinh doanh, ABB cung cấp đầy đủ các dịch vụ
vòng đời từ các bộ phận phụ tùng và sửa chữa thiết bị đào tạo, chuyển đổi
SVTH: MAI HUY TIẾN Page 25