Đồ án hệ điều khiển và giám sát: Xây dựng hệ giám sát, điều khiển ổn định áp suất và cảnh báo áp suất trên đường ống với dải đo: 0 ÷ 5bar.

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN

Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
MÔN: HỆ ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT
Giảng viên hướng dẫn
Sinh viên thực hiện

: NGUYỄN BÁ KHÁ
: Nguyễn Văn Luật
Trần Ngọc Tùng

Lớp

: Điện 2-k7

1


Đề bài 4: Xây dựng hệ giám sát, điều khiển ổn định áp suất và cảnh báo áp suất
trên đường ống với dải đo: [0 ÷ 5]bar.

PC

Control Board
START

Bộ đk

STOP
I/O

RUN
PLA

PHA

Biến tần

Bơm
Cảm biến
ống
Trong
PC: Máy tính điều khiển và giám sát
Bộ ĐK: Trạm điều khiển (PLC, VXL…)
Bảng điều khiển tại chỗ.

đó:

2


•
•
•
•

Các nút ấn START, STOP: để khởi động và dừng hệ thống,

Đèn RUN; Báo hệ thống làm việc,
Đèn TLA: cảnh báo mức thấp,
Đèn THA: cảnh báo mức cao.

3


LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, con người cùng với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên
tiến của thế giới, chúng ta đã và đang ngày một thay đổi, văn minh và hiện đại
hơn.
Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các
đặc điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ…là những yếu tố
rất cần thiết góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả ngày càng cao
hơn.
Tự động hóa đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ. Tự động hóa
đã đáp ứng được những đòi hỏi không ngừng của các ngành, lĩnh vực khác nhau
cho đến nhu cầu thiết yếu của con người trong cuộc sống hàng ngày. Một trong
những sản phẩm tiên tiến của nó là biến tần.Ứng dụng rất quan trọng của ngành
công nghệ tự động hóa là việc điều khiển tốc độ động cơ bằng việc thay đổi tần
số với độ chính xác rất cao, với những thiết bị điều khiển từ xa rất tinh vi và
đạt được năng suất, kinh tế thật cao .
Xuất phát từ những ứng dụng đó, chúng em xin phép được thiết kế một mạch
ứng dụng của biến tần đó là “xây dựng hệ giám sát, điều khiển ổn định áp suất
và cảnh báo áp suất trên đường ống” dùng PLC điều khiển biến tần
Đầu tiên em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo trong
khoa điện đặc biệt là giảng viên Nguyễn Bá Khá- giảng viên khoa điện trường
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI người đã trực tiếp giảng dạy và cho em

4

kiến thức để hoàn thành đồ án môn học này. Em kính mong thầy giáo góp ý để
em hoàn thành đồ án này được tốt hơn sau này.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo!
Sinh viên thực hiện

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN
1.1.Mục đích.
Sự phát triển của PLC đã đem lại nhiều thuận lợi và làm cho các thao tác
máy trở nên nhanh, nhạy, dễ dàng và tin cậy hơn. Nó có khả năng thay thế
hoàn toàn cho các phương pháp điều khiển truyền thống dùng relay; khả năng
điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trình trên các lệnh
logic cơ bản; giải quyết các vấn đề toán học và công nghệ;
Biến tần (Inverter, Variable Speed Drive – VSD) là thiết bị dùng để điều
khiển tốc độ động cơ dựa trên sự thay đổi tần số làm việc. Trên thế giới hiện
nay, biến tần được áp dụng rộng rãi trong công nghiệp. Ngoài ý nghĩa về mặt
điều khiển, nó còn có nhiều chức năng khác như khởi động mềm, hãm, đảo
chiều, điều khiển thông minh… Trong đa số trường hợp, việc sử dụng biến tần
còn mang lại hiệu quả kinh tế (tiết kiệm điện năng tiêu thụ). Biến tần được
ứng dụng nhiều cho các động cơ có yêu cầu về thay đổi tốc độ như: bơm, quạt,
băng tải, thang máy…
 Lý do chọn đề tài

Các trạm bơm cung cấp nước với công suất lớn thường được sử dụng
trong khu công nghiệp, khu dân cư, các chung cư, khác sạn và tòa nhà cao
tầng, hệ thống phân phối nước sạch trong mạng lưới cấp nước sinh hoạt, các
trạm cấp nước nông thông… Các trạm bơm nước phổ biến hiện nay đều được
5

thiết kế theo phương pháp truyền thống với đặc điểm là các bơm được khởi
động trực tiếp sao/ tam giác và tất cả các động cơ đều hoạt động ở tốc độ định
mức. Phương pháp này có nhược điểm chính là tổn hao điện năng lớn và khó
kiểm soát được áp suất trong đường ống nước.
Trên cơ sở những kiến thức được trang bị trên ghế nhà trường, dựa
vào những tính năng ưu việt của PLC và biến tần. Em xin được lựa chọn đề tài
“Điều khiển và giám sát hệ thống bơm ổn định áp suất” với những chức năng
cơ bản giống với một hệ thống biến tần đa bơm.
 Mục tiêu của đề tài

Mục tiêu của đề tài là ổn định áp suất trong đường ống ở một ngưỡng
đặt trước thông qua sự điều khiển của PLC đối với biến tần, hệ thống bơm dựa
trên tín hiệu mà cảm biến áp suất trong đường ống đưa về.
 Ý nghĩa khoa học thực tiễn của đề tài

Điều khiển tự động là xu thế phát triển tất yếu trong các lĩnh vực công
nghiệp cũng như sinh hoạt bởi những ưu điểm vượt trội của nó. Ở các hệ
thống điều khiển tự động có quy mô vừa và lớn thì PLC được sử dụng làm
thiết bị điều khiển cho toàn hệ thống.
Kết hợp xây dựng một hệ thống điều khiển tự động với các thiết bị điện
tử công suất có ý nghĩa khoa học lớn trong việc xây dựng một hệ thống tự
động hoàn chỉnh cả về chức năng lẫn hiệu quả kinh tế. Đề tài “ Điều khiển và
giám sát hệ thống bơm ổn định áp suất ” xây dựng mô hình kết hợp PLC với
biến tần để ổn định áp suất nước trong đường ống một cách tối ưu nhất.
Về mặt thực tiễn, đề tài đi theo hướng phát triển mới cho các hệ thống
cung cấp nước cho các tòa nhà, khu dân cư…, khắc phục được các nhược điểm
trong hệ thống cung cấp nước cũ.
6

1.2. Phương pháp đo.
Các trạm bơm nước phổ biến hiện nay đều được thiết kế
có tối thiểu 2 bơm, cùng cấp nước vào một đường ống chính.
-

Các bơm được khởi động trực tiếp hoặc sao/tam giác và tất cả các

-

động cơ đều hoạt động ở tốc độ định mức.
Trong quá trình trạm bơm hoạt động, thường luôn luôn để một

-

bơm ở chế độ dừng (mang tính dự phòng).
Thay đổi góc mở các van (van tay hoặc van điện) trong trường

-

hợp sự thay đổi áp lực ở khoảng cho phép.
Trường hợp áp lực vẫn thiếu hoặc thừa ta có thể ngắt hoặc đóng

-

thêm bơm (có thể là một hoặc nhiều bơm).
Việc thay đổi áp suất trên đường ống bằng valve hay tắt/mở các

-

bơm có các nhược điểm:
Các bơm vẫn chạy đầy tải và liên tục, điều này gây lãng phí năng

-

lượng điện vì có những thời điểm nhu cầu sử dụng nước
giảm xuống thì bơm chỉ cần chạy
50 ÷ 60 % công suất là đã đáp ứng được.
Việc vận hành khó khăn và tốn chi phí nhân công vì phải cần công

-

nhân vận hành trực tiếp điều khiển góc mở valve hoặc tắt mở bơm.
Các bơm phải chạy liên tục dẫn đến giảm tuổi thọ phần cơ khí.
Khi thay đổi hệ thống hoặc nhu cầu sử dụng nước tăng lên, chi phí

-

đầu tư sẽ tăng lên
do phải tăng số lượng bơm.
Khó kiểm soát áp lực nước làm ảnh hưởng tuổi thọ của đường ống,
ảnh hưởng tuổi thọ các mối nối.

1.3. Tìm hiểu về đối tượng điều khiển.
Đối tượng chính điều khiển trong đồ án này là Cảm biến áp suất.


Định nghĩa

- Cảm biến được định nghĩa như một thiết bị dùng để biến đổi các đại lượng

vật lý và các đại lượng không điện cần đo thành các đại lượng có thể đo được
7


(như dòng điện, điện thế, điện dung, trở kháng...). Nó là thành phần quan trọng
nhất trong một thiết bị đo hay trong một hệ điều khiển tự động.
Với đề tài này ta sử dụng cảm biến áp suất Wise P117RMT1S04BCN

Hình 1.1. cảm biến áp suất
Dải áp suất: 0 ~ 5 bar
•
•
•
•
•
•
•
•
•

Ngõ ra: 4~20mA
Nhiệt độ hoạt động: -40~125℃
Cáp nối có sẵn 1.5m
Kiểu gắn: male, ¼”.
Dùng trong môi chất khí, dầu, nước.
Nguồn 12-36 VDC.
Chịu rung 20G, 20~200Hz
Giá: 6.640.000N VNĐ
Xuất xứ: Korea.

Nguyên lý làm việc chung của các loại cảm biến áp suất là dựa trên cơ sở
biến dạng đàn hồi của các phần tử nhạy cảm với áp suất. Sự biến dạng đàn
hồi đó sẽ làm di chuyển một bộ phận cơ học từ đó dẫn đến sự thay đổi của
điện trở, điện dung hay điện áp.

8


1.4.Tìm hiểu về bộ điều khiển PLC s7-300.
Giới thiệu về PLC
- PLC ( Programmable Logic Controller ): Bộ điều khiển lập trình, PLC
được xếp vào trong họ máy tính, được sử dụng trong các ứng dụng công
nghiệp và thương mại.
- PLC đặt biệt sử dụng trong các ứng dụng hoạt động logic điều khiển chuổi
sự kiện
- PLC có đầy đủ chức năng và tính toán như vi xử lý. Ngoài ra, PLC có tích
hợp thêm một số hàm chuyên dùng như bộ điều khiển PID, dịch chuyển khối dữ
liệu, khối truyền thông,…
- PLC có những ưu điểm:
+ Có kích thước nhỏ, được thiết kế và tăng bền để chịu được rung động,
nhiệt, ẩm và tiếng ồn, đáng tin cậy.
+ Rẻ tiền đối với các ứng dụng điều khiển cho hệ thống phức tạp.
+ Dễ dàng và nhanh chống thay đổi cấu trúc của mạch điều khiển.
+ PLC có các chức năng kiểm tra lỗi, chẩn đoán lỗi.
+ Có thể nhân đôi các ứng dụng nhanh và ít tốn kém.

9


1.4.1.Bộ PID trong s7-300.

Hình 1.2. sơ đồ trong s7-300 Simems

 Phương pháp PID
Tên PID là viết tắt của 3 thành phần cơ bản có trong bộ điều khiển.
-

P : phục vụ chính xác nhiệm vụ được giao
I: tích phân làm việc có tính tích lũy kinh nghiệm để thực hiện tốt nhiệm vụ
D: vi phân luôn có sáng kiến và phản ứng nhanh nhạy với thay đổi tìn huống trong
quá trình thực hiện nhiệm vụ
Bộ điều khiển PID được sử dụng khá rộng rãi để điều khiển đối tượng theo
nguyên tắc phản hồi

10


Hình 1.3 Cấu trúc của bộ PID
Lý do được sử dụng rộng rãi là tính đơn giản của nó về cả cấu trúc lẫn nguyên lý
làm việc. Bộ PID có nhiệm vụ đưa sai lệch e(t) của hệ trở về 0 sao cho quá trình
quá độ thỏa mãn yêu cầu cơ bản về chất lượng.
Nếu e(t) lớn thông qua khâu P tín hiệu điều chỉnh sẽ càng lớn
Nếu e(t) chưa bằng 0, qua khâu I vẫn còn tồn tại tín hiệu điều chỉnh( triệt tiêu sai
lệnh tĩnh)
Nếu e(t) càng lớn thông qua khâu D phản ứng càng nhanh
Bộ điều khiển PÌD được mô tả bằng công thức:
Kp : là hệ số khuếch đại
Ti : gọi là hằng số tích phân
Td : là hằng số vi phân
Hàm truyền PID
+)

Chất lượng của hệ thống phụ thuộc vào các tham số Kp, Ti, Td.
1.4.2.Các phương pháp xác định các tham số của bộ PID
a)Phương pháp của Reinisch
Phương pháp thiết kế lý thuyết Reinisch dựa trên mô hình toán học của đối tượng.
Mô hình động học của đối tượng được đưa về 2 dạng cơ bản là:
+Dạng khâu nguyên hàm với mô hình đặc trưng.
+Dạng khâu động học có thành phần tích phân.
11


b)Phương pháp thực nghiệm
Bảng 1.1:Ảnh hưởng của tham số PID tới bộ điều khiển
Đáp ứng

Tg tăng

Vọt lố

Tg quá độ

Sai số xác lập

Kp

Giảm

tăng

Ít thay đổi

tăng

KI

Giảm

tăng

tăng

Không xác định

Kd
Cụ thể như sau:

Ít thay đổi

Giảm

Giảm

Ít thay đổi

Chỉ tiêu chất
lượng

Thay đổi tham số
Tăng Kp

Giảm Ti

Tăng Td

Thời gian đáp ứng

Giảm

Giảm ít

Giảm ít

Thời gian quá độ

Thay đổi ít

Giảm

Giảm

Độ quá điều chỉnh

Tăng

Tăng

Giảm ít

Hệ số tắt dần

Thay đổi ít

Tăng

Giảm

Sai lệch tĩnh

Gảim

Triệt tiêu

Thay đổi ít

Tín hiệu điều
khiển

tăng

tăng

tăng

Độ dự trữ ổn định

Giảm

Giảm

tăng

Bền vững với
nhiễu đo

Giảm

Thay đổi ít

Giảm

Nếu e(t) càng lớn thì thông qua thành phần tỉ lệ làm cho x(t) càng lớn ( vai trò của
khâu P)
Nếu e(t) chưa bằng không thì thông qua thành phần tích phân , PID tạo tín hiệu
điều chỉnh( vai trò của khâu I)
Nếu e(t) thay đổi lớn thì thông qua thành phần vi phân, pahrn ứng thích hợp x(t)
càng nhanh ( vai trò của khâu D)
Dựa trên sơ đồ khối mà ta có được trên malap điều nay còn phải dựa trên kinh
nghiệm của người lựa chọn thông số.

12


c)Phương pháp Zlegier và Nichois
-Ziegler va Nichols đưa ra hai phương pháp thực nghiệm để xác định tham số bộ
điều khiển PID.
+Phương pháp thứ nhất dùng mô hình xấp xỉ quán tính bậc nhất có trễ của đối
tượng điều khiển:

+Phương pháp thứ hai không cần đến mô hình toán học của đối tượng nhưng chỉ
áp dụng cho một số lớp đối tượng nhất định.
• Phương pháp Zieger-Nichols thứ nhất

Phương pháp này nhằm xác định các tham số Kp, Ki,Kd cho bộ điều khiển PID
trên cơ sở xấp xỉ hàm truyền đạt thành khâu quán tính bậc nhất để hệ kín nhanh
chóng về chế độ xác lập và độ quá điều chỉnh không quá 40%.
• Phương pháp Zieger-Nichols thứ hai

Phương pháp này thay bộ điều khiển PID trong hệ kín bằng bộ khuyếch đại,sau đo
tăng Kp cho đến khi hệ nằm ở biên giới ổn định tức là hệ kín trở thành khâu dao
động điều hòa.Lúc đó ta có Kgh và chu kỳ của dao động đó là Tgh.Tham số cho
bộ điều khiển PID chọn theo bảng sau:
Bộ điều
khiển

Kp

P

0,5.Kgh

PI

0,45.Kgh

0,83.Tgh

0,6.Kgh

0,5.Tgh

PID

Ti

Td

0,125Tgh

13


1.4.3.Các bước tổng hợp bộ điều khiển PID
-Bước 1: Xây dựng mô hình toán học đủ chính xác cho đối tượng điều khiển.Đây
còn gọi là bước nhận dạng mô hình đối tượng.
-Bước 2: Đơn giản hóa mô hình.
-Bước 3: Tuyến tính hóa mô hình.
-Bước 4: Chọn bộ điều khiển thích hợp, ví dụ như bộ điều khiển P, PI, PD, hay
PID và xác định các chỉ tiêu chất lượng mà hệ thống cần phải đạt được.
-Bước 5: Tính toán thông số KP, TI, TD của bộ điều khiển PID. Để thực hiện việc
xác định thông số cho bộ điều khiển PID có rất mhiều phương pháp như kể trên,
trong đó phương pháp thực nghiệm (phương pháp thứ hai của Zeigler- Nichols) là
thông dụng nhất.
-Bước 6: Kiểm tra bộ điều khiển PID vừa thiết kế bằng cách ghép nối với mô hình
đối tượng điều khiển, nếu kết quả mô phỏng không được như mong muốn, phải
thiết kế lại theo các bước từ 2 đến 6 cho đến khi đạt được kết quả mong muốn.
-Bước 7: Đưa bộ điều khiển PID vừa thiết kế vào điều khiển đối tượng thực và
kiểm tra quá trình làm việc của hệ thống. Nếu chưa đạt kết quả yêu cầu, thiết kế
lại bộ điều khiển theo các bước từ 1 đến 7 cho đến khi đạt được các chỉ tiêu chất
lượng mong muốn.
1.5.Tìm hiểu về HMI( WinCC).
Giới thiệu WinCC (Windows Control Center)
Các bước để tạo một Project trong WinCC

–

Khởi động WinCC

–

Tạo một Project mới

–

Cài đặt Driver kết nối PLC

–

Tạo các biến

–

Tạo và soạn thảo một giao diện người dùng

–

Cài đặt thông số cho winCC Runtime
Chạy chương trình (Activate
Khởi động WinCC
Nhấn nút Start – Simatic – WinCC – Windows Control Center
 Tạo một Project mới

14

Chọn Single-User
Project

Gõ tên Project vào project
name

Hình 1.4. tạo project mới trong WinCC
 Cài đặt Driver kết nối PLC

Phải
chuột
Management

vào

Tag

Hình 1.5. Driver kết nối với PLC
Hộp thoại xuất hiện chọn Driver: OPC.chn

Hình 1.6.Hộp thoại Graphics Designer.

15


Hình 1.7. màn hình Graphics Designer xuất hiện.
Trong màn hình này ta tạo các vùng liên kết, các nút nhấn và đồ thị hiển thị….
Và chỉnh sửa sao cho phù hợp với người dùng.

16


CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Sơ đồ tổng quan.

17


Hình 2.1. sơ đồ tổng quan hệ thống.
2.1. Lựa chọn thiết bị.
2.1.1. Biến tần MM440
a.Tổng quan về biến tần
- Biến tần là thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều ở tần số này thành dòng
điện xoay chiều ở tần số khác có thể điều chỉnh được.

18


Hình 2.2. các loại biến tần của Simems
Phân loại biến tần:
- Biến tần máy điện
- Biến tần van
+ Biến tần trực tiếp
+ Biến tần gián tiếp
• Biến tần nguồn áp ( hay là bộ nghịch lưu nguồn áp)
• Biến tần nguồn dòng ( hay là bộ nghịch lưu nguồn dòng)
Ở đây ta xét đến biến tần nguồn áp
Cấu tạo của biến tần

Bộ chỉnh lưu
Bộ lọc
Bộ nghịch lưu
Nguyên lý hoạt động của biến tần.
Nguyên lý làm việc cơ bản của biến tần cũng khá đơn giản. 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 cosФ của hệ biến tần đều có giá trị không phụ
thuộc vào tải và có giá trị ít nhất 0,96. Điện áp 1 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 cách ly) bằng
19


phương pháp điều chế độ rung(PWM). Nhờ tiến độ công nghệ vi xử lí 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.
b.Biến tần MM440
Với mô hình này em sử dụng biến tần MM440 của siemens
Thông số của MM440
-

-

Tên : MICROMASTER 440
Đầu vào: 3AC 380-480 V +10/-10%, 47-63 HZ

Đối với điện áp vào 1 pha: 200V - 240V.
Tần số ngõ ra từ 0Hz đến 650Hz.
OVERLOAD: 150% 60 S, 200% 3 S
Kích thước: 173 X 73 X 149 (H X W X D)
Các đầu vào, ra:
•
6 đầu vào số
•
2 đầu vào tương tự
Hình 2.3. biến tần MM440
•
3 đầu ra rơle
•
2 đầu ra tương tự
•
1 cổng RS485
•
15 cấp tần số cố định
•
Có tích hợp bộ điều khiển PID
•
Có chức năng hãm DC, hãm tổ hợp và hãm bằng điện trở hay hảm động
năng.
Giá: 7.300 000 VNĐ

2.1.2. Cáp kết nối RS485
Trong công nghiệp ngày nay, chuẩn truyền thông RS232 không thể đáp ứng
được nhucầu truyền thông nữa vì đường truyền không cân bằng (các tín hiệu
đều lấy điểm chuẩn là đường mass chung, bị ảnh hưởng của nhiễu tác động) do
đó tốc độ truyền và khoảng cách truyền bị giới hạn (khoảng cách truyền thông

tối đa 100m). Vì vậy để đáp ứng nhu cầu truyền thông công nghiệp, người ta sử
dụng chuẩn truyền thông RS485 khi cần tăng khoảng cách và tốc độ truyền
20


thông (khoảng cách truyền thông tối đa 1200m và vận tốc truyền lên đến 10
Mbits/s). Nguyên nhân mà RS 485 có thể tăng tốc độ và khoảng cách truyền
thông là do RS485 sử dụng phương pháp truyền 2 dây vi sai (vì 2 dây có đặc
tính giống nhau, tín hiệu truyền đi là hiệu số điện áp giữa 2 dây do đó loại trừ
được nhiễu chung). Mặt khác do chuẩn truyền thông RS 232 không cho phép có
hơn 2 thiết bị truyền nhận tin trên đường dây trong khi đó với chuẩn RS 485 ta
có thể nối 32 thiết bị thu phát trên 2 dây. Tuy nhiên có sự ràng buộc giữa tốc độ
truyền dẫn tối đa và độ dài dây dẫn cho phép, khi tốc độ là 90Kbps thì khoảng
cách là 1200m, 1Mbps thì khoảng cách là 120m, còn tốc độ 10Mbps thì khoảng
cách lá 15m.
So sánh mức điện áp làm việc của RS232 và RS485

Hình 2.4. So sánh hai loại cáp RS232 và RS485
RS-485 sử dụng điện áp chênh lệch đối xứng giữa hai dây dẫn A và B.

21


Hình 2.5. dây cáp RS485 trong thực tế.
Tóm tắt các thông số quan trọng của RS-485
Thông số
Điện áp đầu ra hở
mạch
Điện áp đầu ra khi có
tải

Dòng ra ngắn mạch
Thời gian quá độ đầu
ra
Điện áp chế độ chung
đầu ra Voc
Độ nhạy cảm đầu vào
Điện áp chế độ chung

Điều kiện

Tối thiểu

Tối đa

1,5V

6V

1,5V

5V

RLOAD = 54Ω
RLOAD = 54Ω

250mA
30%

CLOAD = 54pF

TB*

RLOAD = 54Ω

-1V

-7 VCM 12V

VCM
Trở kháng đầu vào

3V
200mA

-7V

12V

12KΩ

2.1.3. Động cơ không đồng bộ 3 pha
Khái quát chung về động cơ không đồng bộ ba pha:
Động cơ không đồng bộ là động cơ điện hoạt động
với tốc độ quay của Rotor chậm hơn so với tốc độ
quay của từ trường Stator. Ta thường gặp động cơ
không đồng bộ Rotor lồng sóc vì đặc tính hoạt động
của nó tốt hơn dạng dây quấn.
a. Cấu tạo động cơ không đồng bộ ba pha

Hình 2.6. động cơ 3 pha

a.1. stator
Trên stator có vỏ , lõi thép và dây quấn

22




Vỏ máy có tác dụng cố định lõi thép và dây quấn . Thường vỏ máy



làm bằng gang.
Lõi thép là phần dẫn từ. Vì từ trường đi qua lõi thép là từ trường
quay lên giảm bớt tổn hao, lõi thép được làm bằng những lá thép kĩ



thuật điện dày 0,5 mm ép lại.
Dây quấn stator được đưa vào rãnh của lõi thép và được cách điện
tốt với lõi thép . Dây quấn phần ứng là phần dây bằng đồng được
đặt trong các rãnh phần ứng và làm thành một hoặc nhiều vòng
kín . Dây quấn là bộ phận quan trọng nhất của động cơ vì nó trực
tiếp tham gia vào quá trình biến đổi năng lượng từ điện năng thành
cơ năng . Đồng thời về mặt kinh tế thì giá thành của dây quấn cũng

chiếm tỷ lệ khá cao trong toàn bộ giá thành của máy .
a.2. Phần quay ( ROTOR).
Phần này gồm hai bộ phận chính là lõi thép và dây quấn rotor :

- Lõi thép: thường dùng các lá thép kỹ thuật điện như ở stator lõi thép được
ép trực tiếp lên trục máy hoặc lên một giá rotor của máy. Phía ngoài là
-

thép có sẻ rãnh để đặt dây quấn.
Dây quấn rotor: Phân loại làm hai loại chính rotor kiểu dây quấn và roto

kiểu lồng sóc :
Rotor kiểu lồng sóc (hình 1.4) : Gồm các thanh đồng hoặc thanh nhôm đặt
trong rãnh và bị ngắn mạch bở hai vành ngắn mạch ở hai đầu. Với động cơ nhỏ ,
dây quấn rotor được đúc nguyên khối gồm thanh dẫn , vành ngắn mạch , cánh
tản nhiệt và cánh quạt làm mát . Các động cơ công suất trên 100kw thanh dẫn
làm bằng đồng được đặt vào các rãnh rotor và gắn chặt vành ngắn mạch .

23


Hình 2.7. rotor và stator của động cơ 3 pha
b. Nguyên lý làm việc động cơ không đồng bộ 3 pha.
Khi dòng điện ba pha chạy trong dây quấn stato thì trong khe hở không khí
xuất hiện từ trường quay với tốc độ n1 = 60 (f1 là tần số lưới điện ; p là số cặp
cực; n1 là tốc độ từ trường quay ). Từ trường này quét qua dây quấn nhiều pha tự
ngắn mạch nên trong dây quấn rotor có dòng điện I 2 chạy qua. Từ thông do
dòng điện này sinh ra hợp với từ thông của stator tạo thành từ thông tổng ở khe
hở . Dòng điện trong dây quấn rotor tác dụng với từ thông khe hở sinh ra
moment . Tác dụng đó có quan hệ mật thiết với tốc độ quay n của rotor . Trong
những phạm vi tốc độ khác nhau thì chế độ làm việc của máy cũng khác nhau .
b. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha
- Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số
- Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực

- Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp
- Điều chỉnh tốc độ bằng cách ghép thêm điện trở phụ vào mạch rôto
- Điều chỉnh tốc độ bằng nối cấp
 Ưu điểm của động cơ không đồng bộ 3 pha
Động cơ không đông bộ được sử dụng rộng rãi trong thực tế do ưu điểm nổi
bật của nó là: cấu tạo đơn giản, làm việc tin cậy, vốn đầu tư ít, giá thành hạ,
trọng lượng, kích thước nhỏ hơn khi dùng công suất định mức so với động cơ


•
•
•
•
•

một chiều. Sử dụng trực tiếp lưới điện xoay chiều 3 pha…
Với đề tài này em chọn động cơ không đồng bộ có thông số sau:
Động cơ không đồng bộ 3 pha Vihem 0.37KW
Hãng sản xuất: VIHEM
Xuất xứ: Vietnam
Công suất (kW): 0.37
Momen đầu trục cực đại (Nm): 0
Giá: 1.700.000 VNĐ

24


2.2. Xây dụng sơ đồ khối, sơ đồ đấu dây

SCADA

PLC S7-300

PHẦN TỬ
CHẤP HÀNH

HỆ THỐNG

CẢM BIẾN
Hình 2.8. sơ đồ khối hệ thống.
Quá trình điều khiển chủ yếu được thực hiện từ PLC. PLC nhận tín
hiệu analog từ cảm biến áp suất (được gắn trên đường ống chính) đưa về,
sau khi PLC sử lý tín hiệu đó bằng logic, PLC sẽ ra quyết định điều khiển
biến tần bằng tín hiệu analog ở ngõ ra; biến tần sẽ tự động thay đổi tần số
theo tín hiệu analog đó, từ đó thay đổi tốc độ bơm, vì thế việc khống chế áp
lực trên đường ống trở nên dễ dàng hơn nhiều.
- Cảm biến áp suất Sensys 0 ~ 5 bar ngõ ra 4-20mA đo áp suất đường ống và
chuyển đổi để đưa về CPU của S7-300.
Ta dùng cổng truyền thông RS485 để kết nối giữa PLC và máy tính.
Nhưng do cổng truyền thông của máy tính là RS232 lên do đó cần phải có
một bộ chuyển đổi từ chuẩn RS-232 sang chuẩn RS-485 của PLC.
Xét mô hình sử dụng biến tần để điều khiển trạm bơm gồm 2 bơm như sau:

25