ĐO VÀ ĐiỀU KHIỂN CẢNH BÁO TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ

Báo cáo PLC

Lời nói đầu
Đất nước ta trên con đường tiến lên một đất nước công nghiệp hóa hiện đại
hóa .Để đạt được mục tiêu đó thì ngành công nghiệp máy tính là một ngành
then chốt để tiến lên công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước.
Ngày nay trong các nhà máy xí nghiệp hay công xưởng, đều sử dụng máy tính
vào việc đo lường điều khiển tính toán, quán lý hành chính, nhờ có đặc điểm
gọn nhẹ độ tin cậy cao. Linh hoạt và đơn giản trong sử dụng đặc biệt là nền
công nghiệp hiện đại máy tính điện tử không những góp phần vào việc nâng
cao năng suất lao động, và cong góp phần vòa việc sức khỏe của con người.
Để hoàn thành công việc trên chúng ta phải kết nối máy tính với nhau. Và các
thiết bị ngoại vi khác nhập dữ liệu sử lý dữ liệu cho các thiết bị khác, để thực
hiện được trước tiên ta phải kết nối phần cứng cho phù hợp và viết chương
trình truyền dữ liệu.
Trước yêu cầu thực tế nhóm sinh viên chúng em được nhận đề tài” ĐO VÀ
ĐiỀU KHIỂN CẢNH BÁO TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ” sau khi nhận được đề tài
nhóm chúng em tập chung và tìm hiểu cùng với sự hướng dẫn của cô , chúng
em hoàn thành đồ án .

Hà Nội , ngày 23 thang 2 năm 2014

Đo và điều khiển tốc độ động cơ

Page 1


Báo cáo PLC

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1 Mục đích: Hiện nay các nghành công nghiệp đã và đang ứng dụng tự

động hóa vào các quá trình sản xuất nhằm tạo ra năng suất cao, hạ giá thành
sảm phẩm, giảm sức lao động của con người. Việc ứng dụng plc vào điều
khiển quá trình công nghệ đã làm cho công việc thiết kế, lắp đặt, giám sát trở
lên đơn giản và đem lại hiệu quả cao. PLC có khả năng lập trình được các quá
trình phức tạp, sửa đổi chương trình dễ dàng. Ứng dụng của plc biến tần động
cơ được sử dụng trong nhiều, nó giúp cho việc điều khiển động cơ phù hợp
với yêu cầu sử dụng, tiết kiệm dược năng lượng. Trong đề tài này đề cập đến
việc ứng dụng plc đo, điều khiển và cảnh báo tốc độ động cơ với giải đo: [01500]v/p.

Trong đó: Trong đó:
-

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

-

Đèn RUN: Báo hệ thống làm việc.

-

Đèn SLA: cảnh báo tôc độ thấp.

-

Đèn SHA: cảnh báo tốc độ cao

Đo và điều khiển tốc độ động cơ

Page 2

Báo cáo PLC

TÌM HIỂU VỀ PLC
1.3.1 KHÁI QUÁT VỀ PLC
Trong thời đại công nghiệp hóa, hiện đại hóa nhu cầu về một bộ điều khiển
dễ sử dụng, linh hoạt và có giá thành thấp đã thúc đẩy sự phát triển các hệ
thống điều khiển lập trình – một hệ thống sử dụng CPU và bộ nhớ để điều
khiển máy móc hay các qúa trình hoạt động. Trong hoàn cảnh đó, bộ điều
khiển lập trình được thiết kế nhằm thay thế phương pháp truyền thống dùng
rơle và thiết bị rời cồng kềnh, và bộ điều khiển đã tạo ra một khả năng điều
khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trình các lệnh logic cơ
bản. Ngoài ra PLC còn có thể thực hiện những tác vụ khác như: định thời,
đếm,…làm tăng khả năng điều khiển cho những hoat động phức tạp, cả với
loại PLC nhỏ nhất…
Cách hoạt động của PLC là kiểm tra tất cả trạng thái tín hiệu ở ngõ vào được
đưa về từ quá trình điều khiển, thực hiện logic được lập trong chương trình và
kích ra tín hiệu điều khiển cho thiết bị bên ngoài tương ứng. Với các mạch
giao tiếp chuẩn ở khối vào và khối ra của PLC cho phép nó kết nối trực tiếp
đến những cơ cấu tác động có công suất nhỏ ở ngõ ra và những mạch chuyển
đổi tín hiệu ở ngõ vào mà không cần có mạch giao tiếp hay rơle trung gian.
Tuy nhiên cần phải có mạch điện tử công suất trung gian khi PLC điều khiển
các thiết bị có công suất lớn.
Việc sử dụng PLC cho phép chúng ta hiệu chỉnh hệ thống điều khiển mà
không cần có sự thay đổi nào về mặt kết nối cứng, chỉ có sự thay đổi về
chương trình điều khiển trong bộ nhớ thông qua thiết bị lập trình chuyên
dùng.
Hơn nữa chúng còn có ưu điểm là thời gian lắp đặt và đưa vào hoạt động
nhanh hơn so với những hệ thống điều khiển truyền thống mà đòi hỏi cần phải
thực hiện việc nối dây phức tạp giữa các thiết bị rời.Về phần cứng PLC tương

Đo và điều khiển tốc độ động cơ

Page 3


Báo cáo PLC

tự như máy tính truyền thống, và chúng có các đặc điểm thích hợp cho mục
đích điều khiển trong công nghiêp.
- Có khả năng khử nhiễu tốt.
- Kết cấu chắc chắn do đó nâng cao độ tin cậy đồng thời kết cấu nhỏ gọn giảm
bớt không gian yêu cầu.
- Dựa vào nền vi xử lí giúp nâng cao khả năng giao tiếp, khả năng đa nhiệm.
- Cấu trúc dạng môđun cho phép dễ dàng thay thế, tăng khả năng bằng việc
nối thêm môđun mở rộng vào ra và có thêm các môđun chức năng chuyên
dùng. Các trạm vào ra từ xa giúp tiết kiệm dây và ống dẫn.
- Việc kết nối dây và mức điện áp tín hiệu ở ngõ vào và ngõ ra được chuẩn
hóa.
- Hiển thị chuẩn đoán làm cho việc chuẩn đoán dễ dàng hơn, giảm thời gian
khắc phục sự cố.
- Ngôn ngữ lập trình dễ hiểu và dễ sử dụng (ladder, instruction và
functionchart).
- Thay đổi chương trình điều khiển dễ dàng.
Cấu trúc của PLC có dạng module và linh hoạt cho phép các yếu tố phần
mềm , phần cứng mở rộng khi các yêu cầu ứng dụng thay đổi.Khi mà ứng
dụng vượt quá giới hạn của phần cứng PLC thì bộ PLC cũ có thể thay thế đơn
giản với PLC mới có bộ nhớ và dung lượng vào ra lớn hơn trong khi phần
cứng cũ có thể tái sử dụng cho các ứng dụng nhỏ hơn. Một hệ thống PLC
mang lại nhiều lợi ích với giải pháp điều khiển từ độ tin cậy đến khả năng lặp
lại chương trình.

Liệt kê một số lợi ích mà PLC mang lại :
-

Nhờ kết cấu chắc chắn nên độ tin cậy được nâng cao.

Đo và điều khiển tốc độ động cơ

Page 4


Báo cáo PLC

Bộ nhớ lập trình được do đó thay đổi đơn giản cũng như điều khiển

-

linh hoạt.
-

Kích thước nhỏ gọn nên không gian yêu cầu giảm bớt.

-

Dựa vào nền vi xử lí giúp nâng cao khả năng giao tiếp, khả năng đa
nhiệm.
Bộ đếm và bộ định thời bằng phần mềm giúp giảm bớt phần cứng, thay

-

đổi giá trị đặt trước dễ dàng.

Role điều khiển bằng phần mềm làm cho giá thành dây dẫn, phần cứng

-

giảm, đồng thời giảm yêu cầu không gian.
Tổ chức theo kiểu module cho phép cài đặt linh hoạt, dễ dàng,giảm giá

-

trị phần cứng và có khả năng mở rộng.
Hạn chế được các tùy biến điều khiển, có khả năng điều khiển được

-

nhiều thiết bị hơn nhờ giao diện vào, ra đa dạng.
-

Các trạm vào ra từ xa giúp tiết kiệm được dây và ống dẫn .

-

Hiển thị chuẩn đoán làm cho khả năng chuẩn đoán lỗi dễ dàng hơn do
vậy giảm thời gian khắc phục sự cố.
Giao diện vào ra module làm cho panel điều khiển gọn gàng, dễ đi dây,

-

dễ bảo dưỡng.
-

Ngắt vào/ra nhanh chóng mà không làm xáo trộn đến dây dẫn.

-

Các biến hệ thống được lưu trong bộ nhớ dữ liệu thuận lợi cho việc
quản lí, tạo báo cáo.
• Các bộ PLC thường gặp:
Sau đây là một số các bộ PLC thường gặp sử dụng rộng rãi trong công
nghiệp:
-

-

Bộ PLC ALLEN-BRADLEY SLC500 của hãng AMATROL Mỹ.
Họ các bộ PLC Simatic S5, Simatic S7 của hãng Siemens, cộng hoà

liên bang Đức.
Đo và điều khiển tốc độ động cơ

Page 5


Báo cáo PLC

-

Các họ PLC Series 90 TM của hãng Fanme, Nhật Bản.

-

Các họ PLC CQM1, CPM1, CPM1A và SRM1 của hãng OMRON,
Nhật Bản.

•

Chức năng của các bộ PLC:
Các bộ PLC cung cấp hệ điều khiển thích hợp cho các máy móc và các ứng
dụng trong công nghiệp, chỉ với một máy tính để lập trình cho PLC, thay vì
phải sử dụng các thiết bị phần cứng cồng kềnh như: các cuộn Rơle và các
công tắc điện. Các bộ PLC có thể điều khiển thích hợp với bất kỳ loại máy
móc hay hệ thống công nghiệp nào như là:

-

Các Robot.

-

Điều khiển môi trường trong các công trình xây dựng.

-

Các dây chuyền lắp ráp.

-

Các hệ thống an toàn.
- Các dây truyền tự động.
Về cơ bản, chức năng của bộ điều khiển Lôgic khả lập trình cũng giống
như chức năng của bộ điều khiển thiết kế trên cơ sở các Rơle hoặc các thành

phần điện tử khác nhưng ở PLC mang tính nhỏ gọn và linh hoạt hơn trong
việc thay đổi các ứng dụng điều khiển mà không phải thay đổi phần cứng điều
khiển:
Thu nhận các tín hiệu đầu vào và phản hồi (từ các cảm biến, các

(1)

công tắc hành trình).
Liên kết, ghép nối lại và đóng mở mạch phù hợp với chương

(2)

trình.
(3)

Tính toán và soạn thảo các lệnh điều khiển trên cơ sở so sánh các
thông tin thu được từ các đầu vào.

(4)

Đưa các lệnh điều khiển đó đến các địa chỉ thích hợp ở đầu ra.

Đo và điều khiển tốc độ động cơ

Page 6


Báo cáo PLC

• Các bộ phận cơ bản của PLC:

Hình 2. Các bộ phận cơ bản của PLC

Hình 3. Sơ đồ khối của PLC

Đo và điều khiển tốc độ động cơ

Page 7


Báo cáo PLC

Mỗi môđun được cắm lên đáy hộp nhờ các giắc cắm và qua các giắc cắm nối
với luồng liên lạc nội bộ. Luồng này cũng có thể đưa tín hiệu ra ngoài. Có hai
cách nối nối với ngoài:
-

Nối trực tiếp bằng dây dẫn.

-

Qua các mối liên lạc nối tiếp hoặc song song có giắc cắm.
Số lượng môđun vào ra có thể thay đổi nhiều hay ít tuỳ theo nhu cầu điều
khiển nhưng không thể vượt quá khả năng của bộ nhớ. Nếu cần có thể tăng
thêm bộ nhớ phụ.
Luång liªn l¹c néi bé

M«®un
Nguån

Trung t©m
Xö lý

M«®un
vµo

M«®un
ra

vµo

ra

M«®un
phèi
ghÐp

Bé
nhí

Nguån

Hình 4. Sơ đồ về sự liên lạc giữa các module.

• Sự hoạt động của PLC theo vòng quét:
Hoạt động của một bộ PLC có thể được mô tả tóm tắt như sau: PLC tiến
hành hoạt động bằng cách kiểm tra trạng thái các đầu vào của nó và so sánh
chúng với logic chương trình. Các đầu ra sau đó được kích hoạt on hay off tuỳ
thuộc vào logic các dòng lệnh trong chương trình của PLC. PLC không quan
tâm đến việc thiết bị nào được nối với các môđun vào ra của nó mà chỉ kiểm

tra xem trạng thái của các đầu vào là on hay off và thực hiện kích hoạt các
đầu ra theo chương trình của nó. Điều này làm cho PLC trở thành một bộ điều
khiển lí tưởng cho mọi thiết bị công nghiệp.
Đo và điều khiển tốc độ động cơ

Page 8


Báo cáo PLC

PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp. Mỗi vòng lặp được gọi là
một vòng quét (scan) (Hình 5). Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn
chuyền dữ liệu từ các cổng vào số tới vùng đệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn
thực hiện chương trình. Trong từng vòng quét, chương trình được thực hiện từ
lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của khối OB1 (Block End). Sau giai đoạn thực
hiện chương trình là giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo Q tới các
cổng ra số. Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn truyền thông nội bộ và
kiểm tra lỗi.
Chú ý rằng bộ đệm I và Q không liên quan tới các cổng vào/ra tương tự nên
các lệnh truy nhập cổng tương tự được thực hiện trực tiếp với cổng vật lý chứ
không thông qua bộ đệm.
Thời gian cần thiết để PLC thực hiện một vòng quét gọi là thời gian vòng
quét (Scan time). Thời gian vòng quét không cố định, tức là không phải vòng
quét nào cũng được thực hiện trong một khoảng thời gian như nhau. Có vòng
quét thực hiện lâu, có vòng quét thực hiện nhanh tuỳ thuộc vào số lệnh trong
chương trình được thực hiện, vào khối lượng dữ liệu truyền thông... trong
vòng quét đó. Như vậy giữa việc đọc dữ liệu từ đối tượng để xử lý, tính toán
và việc gửi tín hiệu điều khiển tới đối tượng có một khoảng thời gian trễ đúng
bằng thời gian vòng quét. Nói cách khác, thời gian vòng quét quyết định tính
thời gian thực của chương trình điều khiển trong PLC. Thời gian vòng quét

càng ngắn, tính thời gian thực của chương trình càng cao.
TruyÒn th«ng vµ
kiÓm tra néi bé

ChuyÒn d liÖu tõ
cæng vµo tíi I

Vßng
QuÐt

ChuyÒn d÷ liÖu
tõ Q tíi cæng ra
Đo và điều khiển tốc độ động cơ

Thùc hiÖn
Ch¬ng tr×nh
Page 9


Báo cáo PLC

PLC thực hiện vòng quét. Nếu sử dụng các khối chương trình đặc biệt có
chế độ ngắt, ví dụ như khối OB40, OB80..., chương trình của các khối đó sẽ
được thực hiện trong vòng quét khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt cùng chủng
loại. Các khối chương trình này có thể thực hiện tại mọi điểm trong vòng quét
chứ không bị gò ép là phải ở trong giai đoạn thực hiện chương trình. Chẳng
hạn nếu một tín hiệu báo ngắt xuất hiện khi PLC đang ở giai đoạn truyền
thông và kiểm tra nội bộ, PLC sẽ tạm dừng công việc truyền thông, kiểm tra,
để thực hiện khối chương trình tương ứng với tín hiệu báo ngắt đó. Với hình
thức xử lí tín hiệu ngắt như vậy, thời gian vòng quét sẽ càng lớn khi càng có

nhiều tín hiệu ngắt xuất hiện trong vòng quét. Do đó, để nâng cao tính thời
gian thực cho chương trình điều khiển, tuyệt đối không nên viết chương trình
xử lí ngắt quá dài hoặc quá lạm dụng việc sử dụng chế độ ngắt trong chương
trình điều khiển.
Tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng
trong vùng nhớ tham số. Việc truyền thông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong
giai đoạn 1 và 3 do hệ điều hành CPU quản lý. Ở một số module CPU, khi
gặp lệnh vào/ra ngay lập tức, hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khác, ngay
cả chương trình xử lý ngắt, để thực hiện lệnh trực tiếp tới cổng vào/ra.
•

Các loại ngôn ngữ lập trình cho PLC:
Các loại PLC nói chung thường có nhiều ngôn ngữ lập trình nhằm phục vụ
các ứng dụng khác nhau. Có 3 ngôn ngữ lập trình chính đó là:

-

Ngôn ngữ “liệt kê lệnh”, ký hiệu là STL (Statement List). Đây là
dạng ngôn ngữ lập trình thông thường của máy tính. Một chương trình được
ghép bởi nhiều câu lệnh theo một thuật toán nhất định, mỗi lệnh chiếm một
hàng và đều có cấu trúc chung “tên lệnh + toán hạng” .

Đo và điều khiển tốc độ động cơ

Page 10


Báo cáo PLC

Ngôn ngữ “hình thang”, ký hiệu là LAD (Ladder logic). Đây là dạng

-

ngôn ngữ đồ hoạ thích hợp với những người quen thiết kế mạch điều khiển
logic.
Ngôn ngữ “hình khối”, ký hiệu là FBD (Function Block Diagram).

-

Đây cũng là kiểu ngôn ngữ đồ hoạ dành cho người có thói quen thiết kế mạch
điều khiển số.

Ladder Diagram LAD
I:1 I:1
0

2

I:2

I:2

0

Statement List STL

O:3
0

A

A
O
A
A
=

Function Block Diagram
FBD

I 0.0
I 0.1

I 0.0

I 0.2
I 0.3
Q 4.1

I 0.2

2

I 0.1

I 0.3

&
&

1 Q 4.1

Hình 7: Ba kiểu ngôn ngữ lập trình cho PLC

Một chương trình viết trên LAD hoặc FBD có thể chuyển sang được dạng
STL, nhưng ngược lại thì không. Trong STL có nhiều lệnh không có trong
LAD hay FBD. Rất nhiều phần mềm lập trình cho PLC cho phép người lập
trình chuyển từ chương trình viết theo dạng LAD hoặc FBD sang chương
trình dạng STL.

Đo và điều khiển tốc độ động cơ

Page 11


Báo cáo PLC

1.3.2 CÁC MODULE, ĐỐI TƯỢNG MỞ RỘNG
1 . Giới thiệu chung về modul analog.
Trước hết bạn hãy so sánh việc cộng 2 tín hiệu tương tự (analog) với việc
cộng 2 tín hiệu số (digital). Cộng việc nào đơn giản hơn khi mà kỹ thuật số
phát triển như hiện nay.
Hay ta lấy ví dụ đơn giản ta cần điều khiển nhiệt độ của một lò nung sao cho
đạt được chất lượng nào đó làm thế nào để đạt được nhiệt độ về và xử lý
nhiệt độ đó như thế nào trong bài toán điều khiển
Một trong nhưng công cụ được sử dụng là modul analog như vậy modul
analog là gì ?
Các bạn đã biết được những gì về modul analog ?
Bạn đã từng sử dụng chưa? Nguyên lý hoạt động của modul analog?
1.1 khái niêm về modul analog

modul analog là một công cụ để sử lý tín hiệu tượng tự thông qua việc
sử lý các tín hiệu số
1.2 analog input: thực chất đó là mộ bộ biến đổi tương tự số (A/D) nó chuyển
tín hiệu tương tự từ đầu vào thành các con số ở đầu ra dùng để kết nối các
thiết bị đo với bộ điều khiển chẳng hạn như đo nhiệt độ .
1.3 analog output: cũng là một phần của modul analog thực chất nó là bộ
biến đổi tương tự (D/A) nó chuyển đổi tín hiệu số ở đầu vào thành tín
hiệu tương tự ở đầu ra dùng để điều khiển các thiết bị với giải đo tương
tự chẳng hạn như điều khiển van mở góc 0 đến 100% hay điều khiển tốc
độ biến tần 0 – 50hz.
1.4 Nguyên lý hoạt động của các cảm biến là tín hiệu đo chuẩn trong công
nghiệp
Thông thường đầu vào của các modul analog là các tín hiệu điện áp hoặc
dòng điện trong khi đó các tín hiệu tương tự cần sử lý lại thường là các tín
hiệu không điện như nhiệt độ , độ ẩm , áp suất, tốc độ , khối lượng…. vì vậy
Đo và điều khiển tốc độ động cơ

Page 12


Báo cáo PLC

người ta phải có thiết bị trung gian để chuyển tín hiệu này về dạng tín hiệu
điện áp hoặc tín hiệu điện thiết bị này được gọi là đầu đo hay cảm biến
Để tiện dụng và đơn giản các tín hiệu vào của modul analog input và tín hiệu
ra của modul analog output tuân theo chuẩn tín hiệu của công nghiệp có 2
loại chuaant phổ biến là chuẩn điện áp và chuẩn dòng điện
-

Điện áp 0-10v, 0-5v, 5v..

Dòng điện 4-20ma, 0-20ma, 10ma…

Giới thiệu chung về analog EM235
EM 235 là một modul tượng tự gồm 4 AI và 1 AO 12 bít có tich hợp
các bộ chuyển đổi A/D D/A ở bên trong
Các thành phần của modul analog EM2

Đo và điều khiển tốc độ động cơ

Page 13


Báo cáo PLC

• Thông tin sản phẩm
EM235
Model

4 đầu vào × 12 bits
1 đầu ra x 12 bits

Mô tả sản phẩm
Thông số kỹ thuật
Dòng tiêu thụ từ bus

20mA

Dòng tiêu thụ từ L

60mA

Điện năng tiêu thụ

2W

Số đầu vào tương tự

4

Số đầu ra tương tự

1

Dạng đầu vào/ra

Vi phân

Dải điện áp vào

0 đến 50 mV; 0 đến 100 mV; 0 đến 500 mV; 0 đến 1V
0 đến 5 V; 0 đến 10 V; +/- 25 mV; +/- 50 mV;

Đo và điều khiển tốc độ động cơ

Page 14


Báo cáo PLC

+/- 100 mV; +/- 200 mV; +/- 500 mV; +/- 1 V; +/- 2.5 V;

+/-5 V; +/- 10V
Dải dòng vào
Dải điện áp ra

0 đến 20 mA
10V~10V

Dải dòng ra

4~20mA

Số bít chuyển đổi

12 bit với áp, 11 bit với dòng

Dải số chuyển đổi(2 cực)

-32,000 to +32,000

Dải số chuyển đổi(đơn cực)

0 to +32,000

Độ dài cáp(ko chống nhiễu)

300m
≥10M Ω với tín hiệu áp

Trở kháng đầu ra
250 Ω với tín hiệu dòng

Thời gian chuyển đổi

<250µs

Chế độ loại trừ chung

40db,DC to 60Hz

Chế độ điện áp

Tín hiệu áp + điện áp chung≤12V

Áp lớn nhất

30V DC

Dòng lớn nhất

32mA

Kích thước (RxCxD)(mm)

120.5×80×62

Mã số module PLC

... 235-0KD22-0XA0

Các module mở rộng:
-

Module đầu vào số: EM 221 có nhiều loại bao gồm 8/16 đầu vào và điện áp
24VDC/120-230VAC.

-

Module đầu ra số: EM 222 bao gồm 4/8 đầu ra 24VDC/Relay/230VAC.

Đo và điều khiển tốc độ động cơ

Page 15


Báo cáo PLC

-

Module vào/ra số: EM 223 bao gồm 4/8/16 đầu vào số 24VDC và 4/8/16 đầu
ra 24VDC/Relay/230VAC.

-

Module đầu vào tương tự: EM 231 từ 2/4 đầu vào với các loại tín hiệu 0-10V,
4-20mA.

-

Module đầu ra tương tự: EM 232 có 2 đầu ra.

-

Module vào/ra tương tự: EM 235 gồm 4 đầu vào và 1 đầu ra.

-

Ngoài ra còn có các loại module thích hợp với các ứng dụng khác như module
điều khiển vị trí, module truyền thông,…

Hình 25. Chức năng module EM 235.

Đo và điều khiển tốc độ động cơ

Page 16


Báo cáo PLC

Chương 2 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG
PHẦN 1: LỰA CHỌN THIẾT BỊ
Biến tần Siemens MM440

Các sản phẩm biến tần Siemens dòng Micromaster 440 (MM440).
Micromaster 440 chính là một họ biến tần mạnh mẽ nhất trong dòng các biến
Đo và điều khiển tốc độ động cơ

Page 17


Báo cáo PLC

tần tiêu chuẩn. Khả năng điều khiển vector cho tốc độ Moment hay khả năng
điều khiển vòng kín bằng bộ PID có sẵn đem lại độ chính xác tuyệt vời cho
các hệ thống truyền động quan trọng như các hệ nâng chuyển, các hệ thống
định vị. Không chỉ có vậy, một loạt khối Logic có sẵn lập trình tự do cung cấp
cho người dùng sự linh hoạt tối đa trong việc điều khiển hàng loạt thao tác
một cách tự động.

ĐẶC ĐIỂM CHÍNH BIẾN TẦN SIEMENS MM440
Micromaster 440 là loại biến tần mạnh mẽ nhất trong dòng các biến tần tiêu
chuẩn. Khả năng điều khiển vector ổn định tốc độ hay khả năng điều khiển
vòng kín bằng bộ PID có sẵn đem lại độ chính xác tuyệt vời cho các hệ thống
truyền động quan trọng như các hệ nâng chuyển, các hệ thống định vị. Không
chỉ có vậy, một loạt khối Logic có sẵn lập trình tự do cung cấp cho người
dùng sự linh hoạt tối đa trong việc điều khiển hàng loạt thao tác một cách tự
động.
Nét nổi bật của MICROMASTER 440:
- Thiết kế nhỏ gọn và dễ dàng lắp đặt.
- Điều khiển Vector vòng kín (Tốc độ/Moment).
- Có nhiều lựa chọn truyền thông: PROFIBUS, Device Net, CANopen.
- 3 bộ tham số trong 1 nhằm thích ứng biến tần với các chế độ hoạt động khác
nhau.
- Định mức theo tải Moment không đổi hoặc Bơm, Quạt.
- Dự trữ động năng để chống sụt áp.
- Tích hợp sẵn bộ hãm dùng điện trở cho các biến tần đến 75kW.

Đo và điều khiển tốc độ động cơ

Page 18

Báo cáo PLC

- 4 tần số ngắt quãng tránh cộng hưởng lên động cơ hoặc lên máy.
- Khởi động bám khi biến tần nối với động cơ quay.
- Tích hợp chức năng bảo vệ nhiệt cho động cơ dùng PTC / KTY.
- Khối chức năng Logic tự do: AND, OR, định thời, đếm.
- Moment không đổi khi qua tốc độ 0.
- Kiểm soát Moment tải.

Thông số kỹ thuật:
Điện áp vào và Công suất

(200V đến 240V 1 AC ± 10% 0,12 đến 3kW ) ; (200V
đến 240V 3 AC ± 10% 0,12 đến 45kW) ; (80V đến
480V 3 AC ± 10% 0,37 đến 200kW)

Tần số điện vào

47 đến 63Hz

Tần số điện ra

0 đến 650Hz

Hệ số công suất

0.95

Hiệu suất chuyển đổi

96 đến 97%

Khả năng quá tải

Quá dòng 1,5 x dòng định mức trong 60 giây ở mỗi 300
giây hay 2 x dòng định mức trong 3 giây ở mỗi 300 giây

Dòng điện vào khởi động

Thấp hơn dòng điện vào định mức

Đo và điều khiển tốc độ động cơ

Page 19


Báo cáo PLC

Phương pháp điều khiển

Tuyến tính V/f; bình phương V/f; đa điểm V/f; điều
khiển dòng từ thông FCC, Vector, Moment

Tần số điều rộng xung

2kHz đến 16kHz (ở bước 2kHz)

(PWM)

Tần số cố định

15, tuỳ đặt

Dải tần số nhảy

4, tuỳ đặt

Độ phân giải điểm đặt

10 bit analog: 0,01Hz giao tiếp nối tiếp (mạng) : 0,01Hz
digital

Các đầu vào số

6 đầu vào số lập trình được, cách ly. Có thể chuyển đổi
PNP/NPN

Các đầu vào tương tự

2 *0 tới 10V, 0 tới 20mA và —10 tới +10V

Các đầu ra rơ le

3, tuỳ chọn chức năng 30VDC/5A (tải trở), 250VAC/2A
(tải cảm)

Các đầu ra tương tự

2, tuỳ chọn chức năng; 0,25 — 20mA

Cổng giao tiếp nối tiếp

RS-485, vận hành với USS protocol

Tính tương thích điện từ

Bộ biến tần với bộ lọc EMC lắp sẵn theo EN 55 011,
Class A hay Class B (Tùy chọn)

Hãm

Hãm DC, hãm tổ hợp

Đo và điều khiển tốc độ động cơ

Page 20


Báo cáo PLC

Cấp bảo vệ

IP 20

Dải nhiệt độ làm việc

CT -10oC đến +50oC : VT -10oC đến +40oC

Nhiệt độ bảo quản

-40oC đến +70oC

Độ ẩm

95% không đọng nước

Độ cao lắp đặt

1000m trên mực nước biển

Các chức năng bảo vệ

Thấp áp, quá áp, quá tải, chạm đất, ngắn mạch, chống
kẹt, I2t quá nhiệt động cơ, quá nhiệt biến tần, khoá tham
số PIN

Phù hợp theo các tiêu chuẩn Phù hợp với chỉ dẫn về thiết bị thấp áp 73/23/EC, loại
CE mark

có lọc còn phù hợp với chỉ dẫn 89/336/EC

Kích thước và tuỳ chọn

Cỡ vỏ (FS) Cao x Rộng x Sâu kg : A (73 x 173 x 149
1,3) ; B (49 x 202 x 172 3,4) ; C(185 x 245 x 195 5,7) ;

(không có tuỳ chọn)

D (75 x 520 x 245 17) ; E( 275 x 650 x 245 22) ; F
(không lọc 350 x 850 x 320 56) ; F (có lọc 350 x 1150 x

320 75).

Đo và điều khiển tốc độ động cơ

Page 21


Báo cáo PLC

Đo và điều khiển tốc độ động cơ

Page 22


Báo cáo PLC

Nguyên lý hoat động của biến tần MM440
Nguyên lý hoạt động cơ bản của biến tần cũng khá đơn giản . Đầu tiên
nguồn điện xoay chiều 1 pha hoăc 3 pha được điều chỉnh và chỉnh lưu và lọc
thành nguồn điện 1 chiều bằng phẳng công đoạn này được thực hiện bằng bộ
chỉnh lưu cầu diode và tụ điện .Nhờ vậy hệ số công suất cos phi của biến tần
đểu có giá trị không phu thuộc vào tải và có giá trị it nhất là 0.96 điện áp
một chiều này được biến đổi ( nghịch lưu ) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối
xứng .Công đoạn này được thực hiện thông qua quan hệ IGBT bằng cách điều
chế độ rộng xung(PWM).Nhờ tiến độ của bộ công nghệ xử lý và công nghệ
bán đẫn hiện nay tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm
nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ giảm tổn thất trên lõi sắt của động cơ . Hệ
thống điện áp xoay chiều 3 pha có thể thay đổi giả trị biên độ và tần số và cấp
Đo và điều khiển tốc độ động cơ

Page 23


Báo cáo PLC

tùy theo bộ điều khiển theo lý thuyeert giữa tần số và điện áp có một quy luật
nhất định tùy theo chế độ diều khiển . Đối với tải có momen không đổi tuy
vậy đổi với tải bơm hoặc quạt quy luật này lại là hàm bâc 4 , điện áp là hàm
bậc 4 của tấn số điều này tạo ra đặc tính momen là hàm bậc 2 của tốc độ phù
hợp với yêu cầu của tải do bản thân momen cũng là hàm bâc 2 của điện áp.
Ngoài ra biến tần ngày nay còn tích hợp rất nhiều điều khiển khác
nhau hầu hết phù hợp với các phụ tải khác nhau ngày nay biến tần có tích
hợp bộ PID và thích hợp với nhiều chuẩn truyền thông khác nhau rất phù hợp
cho điều khiển và giám sát hệ thống.

Bảng điều chỉnh
Bảng điều
khiển/ Nút

Chức năng

Ý nghĩa

Hiển thị
trạng thái

Màn hình LCD hiển thị các chế độ cài đặt hiện
hành của bộ biến tần.

Khởi động

bộ biến tần

Ấn nút này làm cho bộ biến tần khởi động. Nút
này không tác dụng ở mặc
định
Kích hoạt nút:
BOP: P0700 = 1 hoặc P0719 = 10…16
AOP: P0700 = 4 hoặc P0719 = 40…46 trên
đường truyền BOP
P0700 = 5 hoặc P0719 = 50…56 trên đường
truyền COM
OFF1 Ấn nút này khiến động cơ dừng theo đặc
tính giảm tốc được chọn.
Kích hoạt nút: hãy xem nút “Khởi động bộ
biến tần”.

Dừng bộ
biến tần

Đo và điều khiển tốc độ động cơ

Page 24


Báo cáo PLC

Đảo chiều

Chạy nhấp
động cơ

Nút chức
năng

Đo và điều khiển tốc độ động cơ

OFF2 Ấn nút này hai lần (hoặc ấn một lần và giữ
một khoảng thời gian)
khiến động cơ dừng tự do.
BOP: Nút này luôn luôn có tác dụng
(không phụ thuộc vào thông số P0700 hoặc
P0719)
Ấn nút này làm động cơ đảo chiều quay. Đảo
chiều được hiển thị bằng dấu
(-) hoặc điểm chấm nháy. Nút này không tác
dụng ở mặc định
Kích hoạt nút: hãy xem nút “Khởi động bộ
biến tần”.
Ở trạng thái sẵn sàng chạy, khi ấn nút này, động
cơ khởi động và quay với
tấn số chạy nhấp được cài đặt trước. Động cơ
dừng khi thả nút này ra. Ấn
nút khi động cơ đang làm việc không có tác động
gì.
Nút này có thể dùng để xem thêm thông tin
Khi ta ấn và giữ khoảng 2 giây nút này hiển thị
các thông tin sau, bắt đầu
từ bất kỳ thông số nào trong quá trình vận hành:
1. Điện áp một chiều trên mạch DC (hiển thị
bằng d- đơn vị V).

2. Dòng điện ra (A).
3. Tần số ra (Hz).
4. Điện áp ra (hiển thị bằng o- đơn vị V).
5. Giá trị được chọn trong thông số P0005 (Nếu
như P0005 được cài đặt
để hiển thị bất kỳ giá trị nào trong số các giá trị
từ1-4 thì giá trị này không
được hiển thị lại).
Ấn thêm sẽ làm quay vòng các giá trị trên bảng
hiển thị. Ấn giữ trong
khoảng 2 giây để quay về chế độ hiển thị thông
thường.
Chức năng nhảy
Từ bất kỳ thông số nào (ví dụ rxxxx hoặc
Pxxxx), ấn nhanh nút Fn sẽ ngay
lập tức nhảy đến r0000, sau đó người sử dụng có
thể thay đổi thông số
khác, nếu cần thiết. Nhờ tính năng quay trở về
r0000, ấn nút Fn sẽ cho
phép người sử dụng quay trở về điểm ban đầu.
Giải trừ
Nếu xuất hiện các cảnh báo và các thông báo lỗi,
thì các thông tin này có

Page 25