THUCHANH Kĩ thuật điều khiển động cơ v1

HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH MÔN KỸ THUẬT ĐIỀU
KHIỂN ĐỘNG CƠ VỚI BIẾN TẦN MM420
I. Tổng quan vể biến tần MM420
1.1. Tổng quan chung về biến tần

Hình 1: Cấu tạo chung của biến tần

1.2. Mục đích của biến tần


Điều khiển dòng điện khởi động, thời gian tăng tốc và giảm tốc



Thay đổi tốc độ khi có tải



Giới hạn dòng điện, bảo vệ động cơ và bộ biến tần



Các tính năng điều khiển cho các ứng dụng thực tế của máy sản xuất

1.3. Biến tần M420 - Siemens
1.3.1.Tổng quan:
 Dòng biến tần điều khiển động cơ 3 pha AC
 Gồm nhiều chủng loại đáp ứng yêu cầu điều khiển từ loại động cơ 1 pha 120W tới

động cơ 3 pha 11KW.
 Đặc tính chính:

- Dễ cài đặt
- Dễ dùng


-

Thiết kế chống nhiễu (EMC)
1 Output relay
1 Analog Output (0-20mA)
3 ngõ vào Digital cách ly NPN/PNP
1 Analog Input, ADC: 0-10V (có thể dung ngõ vào này như ngõ Digital

input thứ 4)
- Công nghệ BICO
 Đặc tính nỗi trội:
- V/f control
- Tự động restart
- Flying restart
- Bù trượt
- Giới hạn dòng nhanh (Fast current limitation – FCL)
- Động cơ giữ thắng
- Built-in DC injection brake
- Đặt setpoint thong qua:
 Analog Input
 Giao tiếp truyền thông
 Chức năng JOG
 Chiết áp xoay
 Đặt tần số cố định
- Điều khiển vòng kín với chức năng PI
 Đặc tính bảo vệ:

- Quá áp hay thấp áp
- Quá nhiệt biến tần
- Chạm mát
- Ngắn mạch
- Bảo vệ nhiệt động cơ
1.3.2. Loại thông số:
Các loại thông số có thể chia ra gồm: thông số chỉ đọc (Read), thông số đọc/ghi
(Write/Read)

Chúng ta có thể sử dụng thông số P0004 để xem các nhóm chức năng như sau, việc này
giúp sinh viên thao tác tìm tới các chức năng cài đặt cần thiết nhanh hơn


Phân nhóm 1 số chức năng
Nhóm
P000 Tính năng
4
INVERTER
2
Cài đặt các thông số
Drive cho biến tần
TECH_APL
5
Cài đặt theo ứng dụng
kỹ thuật
COMMANDS 7
Lệnh
điều
khiển,
Digital IO

TERMINAL
8
Analog Inputs/Outputs
SETPOINT
10
Setpoint Channel và
Ramp function
FUNC
12
Cài đặt chức năng
Drive cho biến tần
CONTROL
13
Điều khiển motor vòng
hở hay kín
COMM
20
Truyền thông
ALARM
21
Báo lỗi
TECH
22
PID Controller

Vùng thông số
0200….0299
0500….0599
0700….0749 và
0800….0899

0750….0799
1000….1199
1200….1299
1300….1799
2000….2099
2100….2199
2200….2399

Bảng 1: Phân nhóm một số chức năng biến tần M420

1.3.3. Sơ đồ khối tổng quan:









Nguồn cấp các dạng: L,N (L1, L2) hoặc L1, L2, L3
Tần số có thể lựa chọn 50Hz hay 60Hz theo công tắc DIP Switch trên biến tần
Ngõ vào giá trị analog: 3,4
Nguồn ra 24VDC: 8(24V), 9(0V)
Ngõ vào: 5 (DIN1), 6 (DIN2), 7 (DIN3)
Ngõ ra Relay: 10 (RL1B), 11 (RL1C)
Ngõ ra analog 0-20mA: AOUT+(12), AOUT-(13)
Port giao tiếp RS485: P+(14), N-(15)

Hình 2: Sơ đồ khối tổng quan biến tần M420

1.3.4. Cài đặt vận hành:
 Cài đặt tần số 50/60Hz:

Sử dụng DIP switch


Hình 3: Cài đặt tần số sử dụng bằng DIP Switch

Ngoài ra còn có thể sử dụng bằng chức năng của thông số P0100

Hình 4: Cài đặt tần số sử dụng bằng thông số P0100
 Cài đặt vận hành ứng dụng

Reset cài đặt về trạng thái mặc định của nhà máy:
Thô
Mô tả
ng số
P00
Thông số vận hành
10
P09
Reset thông số mặc
70
định

Giá trị
30
1

Ghi chú/ đơn vị
Cài đặt giá trị mặc định
Bắt đầu reset

Bảng 2: Cài đặt về trạng thái mặc định của nhà máy


Bài 1: Thực hành điều khiển động cơ trên BOP của
biến tần
1.0. Ứng dụng
1.1. Mục đích bài thí nghiệm
 Sinh viên làm quen với việc đấu nối cài đặt cơ bản cho biến tần
 Thực hiện khởi động, dừng, quay thuận, nghịch, tăng giảm tốc độ, chạy JOG bằng

các núm điều khiển trên BOP của biến tần
1.2. Thao tác thực hành
 Đấu nối các đầu U,V,W vào động cơ. Chú ý cách nối sao/ tam giác để cài đặt

đúng thông số điện áp định mức cho động cơ


Hình 5: Đấu nối đơn giản cho biến tần
 Cắm nguồn xoay chiều 1 pha cho modul thực hành
 Các nút chức năng trên BOP của biến tần

Bảng điều khiển /Nút

Chức năng
Hiển thị trạng

thái
Khởi động bộ
biến tần
Dừng biến tần

Đảo chiều

Ý nghĩa
Hiển thị những chế độ cài đặt hiện
hành của biến tần
Ấn nút này biến tần khởi động.
Nút này không tác dụng ở mặc
định
OFF1: Ấn nút này để dừng động
cơ theo đặt tính giảm tốc được
chọn
OFF2: Nhấn nút này hai lần (hoặc
nhấn một lần và giữ) động cơ
dừng tự do
Nhấn nút này động cơ đảo chiều
quay. Đảo chiều đợc hiển thị bằng


dấu âm
Chạy nhấp động Ở trạng thái sẵn sàng chạy, khi
cơ
nhấn nút này động cơ chạy với tần
số chạy nhấp đã cài trước. Động
cơ dừng khi nhà nút này ra. Khi
động cơ đang chạy nhấn nút này

không có tác dụng gì
Nút chức năng
Nút này dùng để xem thông tin
Khi nhấn nút này và giữ hiển thị từ
bất kỳ thông số nào của quá trình
vận hành:
1. Điện áp một chiều trên mạch
DC (V)
2. Dòng điện ra (A)
3. Tần số (Hz)
4. Điện áp ra (V)
Nhấn nút này cho phép người
dùng truy cập tới các thông số

Truy cập thông
số
Tăng giá trị
Nhấn nút này tăng giá trị hiển thị
Giảm giá trị

Nhấn nút này giảm giá trị hiển thị

 Cài đặt các thông số

Cài đặt nhanh các thông số cơ bản
Factory
Setting
Mức truy cập:
1
1 Tiêu chuẩn: truy

cập vào các thông
số đang sử dụng
2 Mở rộng: Cho phép
truy cập vào cài đặt
các chức năng I/O
của biến tần
3 Chuyên gia: cấp độ

Tank level Set

2


cao nhất cho phép
truy cập tất cả các
thông số
Thông số vận hành:
0
0 – Ready
1 Cài đặt nhanh
30- Cài đặt theo
nhà máy

1

Tiêu chuẩn châu âu 0
hay Bắc mỹ
1 Europe [KW],
mặc định tần
số 50Hz

2 Tiêu chuẩn Bắc
Mỹ [HP], mặc
định 60Hz
3 Tiêu chuẩn Bắc
Mỹ [KW], mặc
định 60Hz

0

Điện áp định mức
động cơ

220V (xem trên động
cơ)

Dòng điện định mức
động cơ

3.97A (xem trên động
cơ)

Công suất định mức
động cơ

0.75KW
động cơ)

(xem

trên

Hệ số công suất

0 – Biến tần tự dò hệ
số

Tỷ số hiệu suất

0 - Biến tần tự dò hệ
số

Tần số định mức

50Hz

50Hz

Tốc độ định mức
động cơ

920 rpm

Chế độ làm mát:
0
1 Làm mát tự
nhiên
2 Có thiết bị làm
mát
Hệ số quá tải Motor 150%

(%)

0

Chọn nguồn lệnh:
2
0 Factory default
setting
1 BOP (keypad)
2 Terminal
4 USS on BOP link
5 USS on COM link
6 CB on COM link
Chọn
nguồn
đặt 2
Setpoint:
1 MOP setpoint
2 Analog setpoint
3 Fixed frequency
4 USS on BOP link
5 USS on COM link
6 CB on COM link

1

100%

1

Tần số Min

0.00Hz

0.00Hz

Tần số Max

50.00Hz

50.00Hz

Ramp up time

10s

10s

Ramp Down Time

10s

10s

OFF3 ramp down 5s
time (dừng nhanh khi
có lệnh vào OFF3)

5s

Chế độ điều khiển
0
0 V/f with linear
characteristic
1 V/f with FCC
2 V/f with parabolic
characteristic
3
V/f
with
programmable
characteristic

0


Kết thúc và lưu cài 0
đặt nhanh
0
No
quick
commissioning
(no
motor calculations)
1
Start
quick
commissioning with
factory reset

2
Start
quick
commissioning
3
Start
quick
commissioning only
for motor data

1

Bảng 3 : Cài đặt nhanh các thông số cơ bản

1.3. Thao tác sau khi đấu nối và cài đặt
 Điều khiển động cơ chạy, dừng, chạy thuận, chạy nghich, tăng tốc, giảm tốc cho

động cơ bằng các núm điều khiển trên BOP
1.4. Vận dụng
 Tại tần số trên biên tần 20Hz, 30 Hz, 40Hz ghi lại các thông số theo bảng sau:

Điện áp một chiều
trên mạch DC (V)

Dòng điện ra (V)

Điện áp ra (V)

20Hz
30Hz

40Hz
 Nếu chọn P0700 = 2. Khi nhấn các nút điều khiển trên BOP của biến tần có điều

khiển được động cơ không? Nếu không thì làm thế nào có thể điều khiển được
động cơ mà vẫn giữ P0700 = 2? Nêu rõ các giải pháp?


Bài 2: Thực hành điều khiển tốc độ động cơ bằng biến trở vặn đấu
nối với đầu vào Analog input của biến tần
2.0. Ứng dụng:
 Đầu vào analog input của biến tần để chỉnh tốc độ động cơ thay đổi tuyến tính với

dải điện áp đầu vào ở biến trở
 Dùng làm giá trị đặt cho những ứng dụng điều khiển ổn định nhiệt độ, áp suất
mức….

Hình 6: Ứng dụng sử dụng đầu vào tương tự của biến tần


2.1. Mục đích bài thí nghiệm
 Giúp sinh viên cài đặt biến tần để điều khiển tốc độ động cơ bằng biến trở vặn

(5K) được đấu với đầu vào tương tự của biến tần.
2.2. Thao tác thực hành
 Đấu nối như hình

Hình 7: Đấu nối cho bài thực hành số 2
 Cài đặt các thông số cho biến tần

Cài đặt các thông số như bài 1 chỉ thay P0700=2, P1000=2

2.3. Thao tác sau khi đấu nối và cài đặt
 Sinh viên thực hiện gạt công tắc tại đầu vào số DIN 1(chân số 5) để cho phép đầu
vào tương tự chân (3,4) hoạt động
 Vặn núm chỉnh thay đổi giá trị điện trở để thấy tốc độ động cơ thay đổi tuyến tính
với đầu vào
2.4. Vận dụng


 Nêu mối quan hệ tuyến tính giữa điện áp tại đầu vào tương tự và tần số ra của biến

tần?
 Tại sao cần tác động vào đầu vào DIN1 thì mới cho phép đầu vào tương tự hoạt
động
 Muốn động cơ quay ngược phải làm như thế nào?
 Muốn dừng động cơ có sử dụng nút STOP trên biến tần đuợc không? Vì sao?

Bài 3: Thực hành điều khiển động cơ bằng 8 cấp tốc độ đặt
trước
3.0. Ứng dụng
 Cài đặt các tốc dộ đặt trước cho các ứng dụng như băng truyền, máy giặt các cấp

tốc độ lên xuống của thang máy, của cẩu giản, cẩu hàng, …..


Hình 8: Các ứng dụng cần set nhiều cấp tốc độ
3.1. Mục đích bài thí nghiệm
 Giúp sinh viên cài đặt biến tần để điều khiển động cơ với 8 cấp tốc độ đặt trước

bằng việc tác động vào các đầu vào số
3.2. Thao tác thực hành

 Đấu nối cho biến tần như hình:


Hình 9: Đấu nối cho bài thực hành số 3
 Cài đặt cho biến tần

Thực hiện như bài số 1
Phần cài đặt cho biến tần vẫn như bài tập số 1 chỉ thay đổi P700=2 P1000=3
Cài đặt khi đã thay đổi hai thông số trên cho tới khi cài đến P3900=1
Chọn tiếp P0003=3 ( mức truy cập ở mức chuyên gia) thì mới có thể đặt trước các cấp tốc
độ cố định
Chọn P701= 17, P702=17, P703=17. Khi chọn như vậy thì có thể chọn được 8 cấp tốc độ
cố định ở chế độ này


DIN1, DIN2, DIN3 lần lượt là chân số 5, 6,7 các đầu vào số của biến tần
Có thể chọn các cấp tốc độ tham khảo như sau:

3.3. Thao tác sau khi đấu nối và cài đặt
 Sinh viên cho động cơ chạy với 8 cấp tốc độ đặt trước bằng việc sử dụng các công

tắc được nối vào các chân 5,6,7
3.4. Vận dụng
 Nếu chỉ cần set 4 tốc độ đặt trước cần sử dụng mấy đầu vào số?
 Với loại biến tần này có set được nhiều hơn 8 cấp tốc độ không?
 Nếu sử dụng đầu vào biến trở thêm vào mà không thay đổi phần cài đặt thì có thay

đổi được tốc độ động cơ không?
 Động cơ đang chạy với một tốc độ đặt trước dừng bằng cách nhấn núm điều khiển
trên biến tần được không? Vì sao?

Bài 4: Thực hành Điều khiển ổn định mức, áp suất dùng
chức năng PID của biến tần
4.0. Ứng dụng


 Chức năng PID trong biến tần được ứng dụng trong thực tế rất nhiều dùng để ổn

định nhiệt độ, áp suất, mức…..
4.1. Mục đích bài thí nghiệm
 Hiểu cách một bài toán thực tế cần phải giải quyết là ổn định áp suất trên đuờng

ống cấp nước tới chung cư. Luôn ổn định ở một giá trị do người dùng thiết lập dù
người dân dùng nhiều hay dùng ít. Giái pháp đưa ra là dùng cảm biến áp suất đặt
trên đường ống đầu vào cảm biến là áp suất đầu ra là tín hiệu điện từ 0 -10V.
Trong bài thí nghiệm này sẽ giả lập cảm biến nhận sự thay đổi của áp suất bằng
biến trở được nối vào chân đầu vào tương tự. Tín hiệu phản hồi về được so sánh
với giá trị áp suất đặt trong biến tần. Biến tần sẽ set chức năng PID để điều khiển.
Nếu tín hiệu phản hồi nhỏ hơn tín hiệu đặt động cơ sẽ quay nhanh để đạt được giá
trị áp suất mong muốn.
 Hiểu cách đấu nối và cài đặt chức năng điều khiển PID của biến tần

Hình 10: Giải pháp cho một bài toán trong thực tế

4.2. Thao tác thực hành
 Đấu nối cho biến tần như hình:


Hình 11: Đấu nối cho bài thực hành số 4

 Vì biến tần chỉ có một đầu vào analog input nên đầu này được làm chân phản hồi

giả lập có giá trị từ 0 – 10V, giá trị setpoint được cài đặt trong MOP của biến tần
 Cài đặt cho biến tần
Cài như bài số 1 cho tới P3900=1. Để có thể truy cập các chức năng của chuyên
gia cài P0003=3
• Cài đặt đầu vào tương tự ADC

Thông Mô tả
số
P0757 Giá trị x1 của thang đo ADC
P0758 Giá trị y1 của thang đo ADC

Giá trị

Ghi chú/đơn vị

0
0

V
%


P0759 Giá trị x2 của thang đo ADC
P0760 Giá trị y2 của thang đo ADC
P0761 Chiều rộng giải chết ADC

•

10
100
0

V
%
V

Cài đặt chức năng PI

Thôn
g số
P2200
P2253
P2240

Mô tả
Kích hoạt bộ điều khiển PI
Nguồn điểm đặt PI
Giá trị điểm đặt PI-MOP

P2257
P2258
P2264
P2280
P2285
P0702
P0703

Thời gian tăng tốc điểm đặt

Thời gian giảm tốc điểm đặt
Tín hiệu phản hồi PI
Hệ số tỉ lệ PI
Hằng số thời gian tích phân PI
Đầu vào số 2
Đầu vào số 3

Giá trị
1
2250
Tùy yêu
cầu
5
5
755.0
2
15
13
14

Ghí chú/ đơn vị
Nguồn điểm đặt MOP
Giá trị 0-100% tương ứng
0-10bar
giây
giây
Nguồn phản hồi ADC
Có thể hiệu chỉnh
Có thể hiệu chỉnh
Tăng giá trị điểm đặt MOP

Giảm giá trị điểm đặt
MOP

4.3. Thao tác sau khi đấu nối và cài đặt
 Nhấn nút khởi động trên biến tần khi chưa có phản hồi động cơ quay với tốc độ

gần như Max. Xoay núm biến trở để thấy rõ tính năng điều khiển của bộ PID của
biến tần
 Sinh viên thay đổi các thông số điều khiển của bộ PID để thấy được rõ chức năng
của các thông số
4.4. Vận dụng
 Hệ số Kp ảnh hưởng như thế nào đến những ổn định nào chất lượng của hệ thống?

Hệ số Kp lớn quá thì sao? Nhỏ quá thì sao?
 Hệ số Ti ảnh hưởng như thế nào đến những ổn định nào chất lượng của hệ thống?
Hệ số Ti lớn quá thì sao? Nhỏ quá thì sao?
 Còn có những cách khác đặt setpoint không? Hay chỉ có cách đặt trên MOP của
biến tần? Nếu có thì là những cách nào? Và phải làm như thê nào để thực hiện
được?


PHỤ THÊM: HÌNH ẢNH MÔ TẢ MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM


Mô hình thí nghiệm gồm:





Modul nguồn
Modul kết nối đầu vào số , tương tự
Modul biến tần
Modul động cơ 3 pha AC có thể mắc sao hoặc tâm giác