Chuyên đề truyền động điện

Bộ môn: Tự động hóa

Khoa Điện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
_-_KHOA ĐIỆN_-_

BÀI TẬP LỚN MÔN: CHUYÊN ĐỀ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BIẾN TẦN HÃNG
HITACHI ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG MÁY BƠM CẤP NƯỚC.
Giáo viên hướng dẫn
Sinh viên thực hiện

Nhóm
Lớp:

: Nguyễn Đăng Khang.
: Nguyễn Văn Nhật
: Nguyễn Thị Nga
: Dương Văn Nghĩa
: Vương Bá Quang
:5
: Điện CLC K9

Hà Nội - 2017
1
Chuyên đề TĐĐ
GVHD: Nguyễn Đăng Khang


Bộ môn: Tự động hóa

Khoa Điện

Mục lục

Contents
Lời nói đầu .................................................................................................................4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ .......................................5
1.1.

Giới thiệu về công nghệ hệ thống bơm nước .............................................5

Các hệ bơm cấp nước cho nhà cao tầng hiện nay : ............................................5
1.2.

Nguyên lý làm việc của hệ thống. ..............................................................6

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU THIẾT BỊ ......................................................................7
2.1.

Giới thiệu về PLC.......................................................................................7

2.1.1.

Giới thiệu chung...................................................................................7

2.1.2.

Cấu trúc. ...............................................................................................8

2.1.3.

Nguyên lý hoạt động của PLC. ............................................................8

2.1.4.

Bộ nhớ ..................................................................................................9

2.1.5.

Các ngõ vào ra I / O. ..........................................................................10

2.2.

Giới thiệu PLC S7-1200 CPU 1214C AC/DC/Rly. .................................10

2.2.1.

Giới thiệu PLC S7_1200. ...................................................................10

2.2.2.

CPU S7-1200 .....................................................................................12

2.2.3.

S7 1200 CPU 1214C ..........................................................................13

2.3.

Giới thiệu biến tần.....................................................................................14

2.3.1.

Giới thiệu chung.................................................................................14

2.3.2.

Cấu tạo của biến tần. ..........................................................................14

2.3.3.

Ứng dụng của biến tần: ......................................................................19

2.4.

Biến tần hitachi WJ200 ............................................................................20

2.4.1. Các chức năng dẫn đầu trong công nghiệp của biến tần hitachi
WJ200. 20
2.4.2.

Tiêu chuẩn toàn cầu. ..........................................................................21

2.4.3.

Dễ dàng sử dụng. ...............................................................................21

2.4.4.

Dễ bảo trì............................................................................................22
2

Chuyên đề TĐĐ
GVHD: Nguyễn Đăng Khang


Bộ môn: Tự động hóa

Khoa Điện

2.4.5.

Biến tần Hitachi WJ200 Series: Thân thiện với môi trường. ............23

2.4.6.

Các đặc tính đa năng khác. ................................................................23

2.5. Hướng dẫn cài đặt biến tần HITACHI WJ200 .............................................24
2.5.1. Công suất: ..............................................................................................24
2.5.2. Thao tác trên bàn phím biến tần Hitachi Wj200:...................................24
2.5.3. Các nhóm cài đặt biến tần Hitachi WJ200.............................................26
2.5.4. Hướng dẫn cài đặt các chức năng cơ bản trên biến tần Hitachi Wj200 26
2.6.

Giới thiệu cảm biến đo mức nước ............................................................28

2.7. Máy bơm nước công nghiệp. ........................................................................29
2.7.1.

Cấu tạo máy bơm: ..............................................................................29

2.7.2.

Nguyên lý hoạt động: .........................................................................29

CHƯƠNG 3: GHÉP NỐI, LẬP TRÌNH, CÀI ĐẶT HỆ THỐNG. .........................31
3.1. Ghép nối giữa PLC và biến tần. ....................................................................31
3.1.1. Cách thức ghép nối giữa PLC và biến tần. ............................................31
3.1.2. Lựa chọn cách thức ghép nối. ................................................................31
3.2. Cài đặt biến tần. ............................................................................................31
3.3. Lập trình trên PLC. .......................................................................................33
3.3.1. Bảng I/O. ................................................................................................33
3.3.2. Sơ đồ đấu dây PLC S7-1200..................................................................33
3.3.3. Thuật toán. .............................................................................................37

3
Chuyên đề TĐĐ
GVHD: Nguyễn Đăng Khang


Bộ môn: Tự động hóa

Khoa Điện

Lời nói đầu
Ngày nay quá trình công nghiệp hó hiện đại hóa đất nước đâng ngày càng diễn
ra mạnh mẽ. Việc ứng dụng khoa học kỹ thuật máy móc vào sản xuất và phục vụ đời
sống con người ngày càng nhiều, góp phần làm tăng năng suất lao động. Việc cấp

nước cho hệ thống nhà cao tầng giờ đây đã được đơn giản hóa đi rất nhiều với sự trợ
giúp của PLC và biến tần. Qua việc được học môn chuyên đề truyề động điện trên
lớp chúng em đã phần nào lắm được cách thức hoạt động của PLC và biến tần. Với
đề tài xây dựng hệ thống bơm nước sử dụng biến tần HITACHI và PLC siemens S71200 chúng em đã thiết kế lên hệ thống. Tuy nhiên trong quá trình làm việc vấn
không tránh khỏi những sai sót do kiến thức và thời gian có hạn. Chúng em xin cảm
ơn thầy Nguyễn Đăng Khang đã giúp đỡ chúng em rất nhiều để hoàn thành bài tập
lớn này.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!

4
Chuyên đề TĐĐ
GVHD: Nguyễn Đăng Khang


Bộ môn: Tự động hóa

Khoa Điện

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ
1.1.

Giới thiệu về công nghệ hệ thống bơm nước

Hiện nay, nhiều nhà máy, khu cao ốc nhà cao tầng mọc lên càng nhiều. Nhu
cầu sử dụng nước sinh hoạt rất lớn và luôn thay đổi thường xuyên. Do đó, ở những
nơi đó cần có một hệ thống máy bơm nước luôn đảm bảo được nguồn nước cung
cấp sinh hoạt và cũng như bơm nước thải.

Mô hình hệ thống máy bơm nước cho nhà cao tầng
Các hệ bơm cấp nước cho nhà cao tầng hiện nay :

- Bể ngầm->Trạm bơm-> Bể trung gian (có thể có)-> Trạm bơm trung gian->
Bể mái -> phân vùng cấp nước trọng lực và trạm bơm cho các tầng trên cùng.
- Bể ngầm-> Trạm bơm -> phân vùng cấp nước tới các tầng.
- Bể ngầm-> Trạm bơm-> Tới các tầng dưới và Bể trung gian-> Trạm bơm và
phân vùng cấp nước tới các tầng.
- Bể ngầm-> 2 bơm biến tần (1 duty, 1 stanby) + bình áp lực ->phân 3 vùng cấp
nước (mỗi vùng 7 tầng), với 3 ống đứng từ ống gom header.
Hệ thống đường ống với 3 van chống nước va, 3 van điều áp lắp trên 3 ống đứng
chính và đầy đủ van khóa khác.

5
Chuyên đề TĐĐ
GVHD: Nguyễn Đăng Khang


Bộ môn: Tự động hóa

1.2.

Khoa Điện

Nguyên lý làm việc của hệ thống.

Trên mỗi tòa nhà có một bể chứa với dung tích lớn để cấp nược cho toàn bộ
hệ thống. Trong bể chứa sẽ gắn 4 cảm biến mức phát hiện mực nước trong bể. Hệ
thống bơm nước sẽ gồm 1 PLC và 2 máy bơm nước có thể hoạt động ở cấp tốc độ
khác nhau. PLC sẽ đọc tín hiệu gửi về của cảm biến mức nước và phân tích dữ liệu
sau đó điều khiển biến tần hoạt động. Biến tần sẽ điều khiển động cơ hoạt động.
Khi mức nước ở vị trí thấp nhất cảm biến 4 phát hiện, lúc này cả hai động cơ
sẽ hoạt động ở tần số lớn nhất cấp nước lên bể chứa. Khi mức nước dâng lên đến vị

trí tác động của cảm biến 3 thì lúc này động cơ 2 sẽ được giảm tóc độ xuông chạ cấp
1 trong khi đó động cơ 1 vẫn chạy ở cấp 2. Khi mực nước dâng lên đến vị trí tác
động của cảm biến 2 thì lúc này động cơ hai sẽ ngừng hoạt động chỉ còn mỗi động
cơ một bơm nước vẫn hoạt động ở cấp 2. Khi mực nước dâng lên đến vị trí cảm biến
1 (gần đầy bể) động cơ 1 sẽ chạy ở cấp độ 1 và chạy trong vòng 5s rồi tắt.

6
Chuyên đề TĐĐ
GVHD: Nguyễn Đăng Khang


Bộ môn: Tự động hóa

Khoa Điện

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU THIẾT BỊ
2.1. Giới thiệu về PLC.
2.1.1. Giới thiệu chung.
PLC viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển lập
trình được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic
thông qua một ngôn ngữ lập trình. Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một
loạt trình tự các sự kiện. Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ
vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các
sự kiện được đếm. PLC dùng để thay thế các mạch relay (rơ le) trong thực tế. PLC
hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào. Khi có sự
thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi theo. Ngôn ngữ lập trình của PLC có thể là
Ladder hay State Logic. Hiện nay có nhiều hãng sản xuất ra PLC như Siemens,
Delta…
Một khi sự kiện được kích hoạt thật sự, nó bật ON hay OFF thiết bị điều khiển
bên ngoài được gọi là thiết bị vật lý. Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục "lặp"

trong chương trình do "người sử dụng lập ra" chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tín hiệu
ở ngõ ra tại các thời điểm đã lập trình.
Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối (bộ điều khiển
bằng Relay) người ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm thỏa mãn các yêu cầu sau:
-

Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học.
Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, sửa chữa.
Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp.
Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp.
Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, nối mạng, các
môi Modul mở rộng.
- Giá cả cá thể cạnh tranh được.
Các thiết kế đầu tiên là nhằm thay thế cho các phần cứng Relay dây nối và các
Logic thời gian.Tuy nhiên,bên cạnh đó việc đòi hỏi tăng cường dung lượng nhớ và
tính dễ dàng cho PLC mà vẫn bảo đảm tốc độ xử lý cũng như giá cả … Chính điều
này đã gây ra sự quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC trong công nghiệp. Các tập
lệnh nhanh chóng đi từ các lệnh logic đơn giản đến các lệnh đếm, định thời, thanh
ghi dịch … sau đó là các chức năng làm toán trên các máy lớn … Sự phát triển các
máy tính dẫn đến các bộ PLC có dung lượng lớn, số lượng I / O nhiều hơn.
7
Chuyên đề TĐĐ
GVHD: Nguyễn Đăng Khang


Bộ môn: Tự động hóa

Khoa Điện

Trong PLC, phần cứng CPU và chương trình là đơn vị cơ bản cho quá trình

điều khiển hoặc xử lý hệ thống. Chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện sẽ được
xác định bởi một chương trình. Chương trình này được nạp sẵn vào bộ nhớ của PLC,
PLC sẽ thực hiện việc điều khiển dựa vào chương trình này. Như vậy nếu muốn thay
đổi hay mở rộng chức năng của quy trình công nghệ, ta chỉ cần thay đổi chương trình
bên trong bộ nhớ của PLC. Việc thay đổi hay mở rộng chức năng sẽ được thực hiện
một cách dễ dàng mà không cần một sự can thiệp vật lý nào so với sử dụng các bộ
dây nối hay Relay.
2.1.2. Cấu trúc.
Tất cả các PLC đều có thành phần chính là: Một bộ nhớ chương trình RAM
bên trong (có thể mở rộng thêm một số bộ nhớ ngoài EPROM). Một bộ vi xử lý có
cổng giao tiếp dùng cho việc ghép nối với PLC. Các Modul vào /ra.
Bên cạnh đó, một bộ PLC hoàn chỉnh còn đi kèm thêm một đơn vị lập trình
bằng tay hay bằng máy tính. Hầu hết các đơn vị lập trình đơn giản đều có đủ RAM
để chứa đựng chương trình dưới dạng hoàn thiện hay bổ sung. Nếu đơn vị lập trình
là đơn vị xách tay, RAM thường là loại CMOS có pin dự phòng, chỉ khi nào chương
trình đã được kiểm tra và sẵn sàng sử dụng thì nó mới truyền sang bộ nhớ PLC. Đối
với các PLC lớn thường lập trình trên máy tính nhằm hỗ trợ cho việc viết, đọc và
kiểm tra chương trình. Các đơn vị lập trình nối với PLC qua cổng RS232, RS422,
RS485, …
2.1.3. Nguyên lý hoạt động của PLC.
CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC. Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra
chương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trong
chương trình, sẽ đóng hay ngắt các đầu ra. Các trạng thái ngõ ra ấy được phát tới các
thiết bị liên kết để thực thi. Và toàn bộ các hoạt động thực thi đó đều phụ thuộc vào
chương trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ.
Hệ thống Bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tín hiệu
song song:
• Address Bus: Bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ đến các Modul khác nhau.
• Data Bus: Bus dùng để truyền dữ liệu.
• Control Bus: Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thì và điểu

khiển đồng bộ các hoạt động trong PLC.
Trong PLC các số liệu được trao đổi giữa bộ vi xử lý và các modul vào ra
thông qua Data Bus. Address Bus và Data Bus gồm 8 đường, ở cùng thời điểm cho
phép truyền 8 bit của 1 byte một cách đồng thời hay song song.
8
Chuyên đề TĐĐ
GVHD: Nguyễn Đăng Khang


Bộ môn: Tự động hóa

Khoa Điện

Nếu một modul đầu vào nhận được địa chỉ của nó trên Address Bus, nó sẽ
chuyển tất cả trạnh thái đầu vào của nó vào Data Bus. Nếu một địa chỉ byte của 8
đầu ra xuất hiện trên Address Bus, modul đầu ra tương ứng sẽ nhận được dữ liệu từ
Data bus. Control Bus sẽ chuyển các tín hiệu điều khiển vào theo dõi chu trình hoạt
động của PLC. Các địa chỉ và số liệu được chuyển lên các Bus tương ứng trong một
thời gian hạn chế.
Hệ thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và I/O.
Bên cạch đó, CPU được cung cấp một xung Clock có tần số từ 1¸8 MHZ. Xung này
quyết định tốc độ hoạt động của PLC và cung cấp các yếu tố về định thời, đồng hồ
của hệ thống.
2.1.4. Bộ nhớ
PLC thường yêu cầu bộ nhớ trong các trường hợp: Làm bộ định thời cho các
kênh trạng thái I/O. Làm bộ đệm trạng thái các chức năng trong PLC như định thời,
đếm, ghi các Relay.
Mỗi lệnh của chương trình có một vị trí riêng trong bộ nhớ, tất cả mọi vị trí
trong bộ nhớ đều được đánh số, những số này chính là địa chỉ trong bộ nhớ. Địa chỉ
của từng ô nhớ sẽ được trỏ đến bởi một bộ đếm địa chỉ ở bên trong bộ vi xử lý. Bộ

vi xử lý sẽ giá trị trong bộ đếm này lên một trước khi xử lý lệnh tiếp theo. Với một
địa chỉ mới, nội dung của ô nhớ tương ứng sẽ xuất hiện ở đầu ra, quá trình này được
gọi là quá trình đọc.
Bộ nhớ bên trong PLC được tạo bởi các vi mạch bán dẫn, mỗi vi mạch này có
khả năng chứa 2.000 - 16.000 dòng lệnh, tùy theo loại vi mạch. Trong PLC các bộ
nhớ như RAM, EPROM đều được sử dụng.
RAM (Random Access Memory) có thể nạp chương trình, thay đổi hay xóa
bỏ nội dung bất kỳ lúc nào. Nội dung của RAM sẽ bị mất nếu nguồn điện nuôi bị
mất. Để tránh tình trạng này các PLC đều được trang bị một pin khô, có khả năng
cung cấp năng lượng dự trữ cho RAM từ vài tháng đến vài năm. Trong thực tế RAM
được dùng để khởi tạo và kiểm tra chương trình. Khuynh hướng hiện nay dùng
CMOS-RAM nhờ khả năng tiêu thụ thấp và tuổi thọ lớn.
EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory) là bộ nhớ mà
người sử dụng bình thường chỉ có thể đọc chứ không ghi nội dung vào được. Nội
dung của EPROM không bị mất khi mất nguồn, nó được gắn sẵn trong máy, đã được
nhà sản xuất nạp và chứa hệ điều hành sẵn. Nếu người sử dụng không muốn mở rộng
bộ nhớ thì chỉ dùng thêm EPROM gắn bên trong PLC. Trên PG (Programer) có sẵn
chỗ ghi và xóa EPROM.
9
Chuyên đề TĐĐ
GVHD: Nguyễn Đăng Khang


Bộ môn: Tự động hóa

Khoa Điện

EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) liên kết
với những truy xuất linh động của RAM và có tính ổn định. Nội dung của nó có thể
được xóa và lập trình lại, tuy nhiên số lần lưu sửa nội dung là có giới hạn.

Môi trường ghi dữ liệu thứ tư là đĩa cứng hoặc đĩa mềm, được sử dụng trong
máy lập trình. Đĩa cứng hoặc đĩa mềm có dung lượng lớn nên thường được dùng để
lưu những chương trình lớn trong một thời gian dài.
Kích thước bộ nhớ:
- Các PLC loại nhỏ có thể chứa từ 300 -1.000 dòng lệnh tùy vào công nghệ chế
tạo.
- Các PLC loại lớn có kích thước từ 1K - 16K, có khả năng chứa từ 2.000 16.000 dòng lệnh. Ngoài ra còn cho phép gắn thêm bộ nhớ mở rộng như RAM,
EPROM.
2.1.5. Các ngõ vào ra I / O.
Các đường tín hiệu từ bộ cảm biến được nối vào các modul (các đầu vào của
PLC), các cơ cấu chấp hành được nối với các modul ra (các đầu ra của PLC). Hầu
hết các PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5V, tín hiệu xử lý là 12/24VDC hoặc
100/240VAC. Mỗi đơn vị I/O có duy nhất một địa chỉ, các hiển thị trạng thái của
các kênh I / O được cung cấp bởi các đèn LED trên LC, điều này làm cho việc kiểm
tra hoạt động nhập xuất trở nên dễ dàng và đơn giản hơn.
Bộ xử lý đọc và xác định các trạng thái đầu vào (ON, OFF) để thực hiện việc
đóng hay ngắt mạch ở đầu ra.
2.2.

Giới thiệu PLC S7-1200 CPU 1214C AC/DC/Rly.

2.2.1. Giới thiệu PLC S7_1200.
S7-1200 ra đời năm 2009 dùng để thay thế dần cho S7-200. So với S7-200
thì S7-1200 có những tính năng nổi trội hơn.
S7-1200 được thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh giúp
những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200
S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP.
SIMATIC S7 1200 PLC là một đề nghị mới của SIEMENS cho các nhiệm vụ
tự động hóa đơn giản nhưng chính xác cao. SIMATIC S7 1200 PLC được thiết kế
dạng module nhỏ gọn, linh hoạt, một sự đầu tư an toàn mạnh mẽ phù hợp cho một

loạt các ứng dụng. S7 1200 PLC có một giao diện truyền thông đáp ứng tiêu chuẩn
cao nhất của truyền thông công nghiệp và đầy đủ các tính năng công nghệ mạnh mẽ
10
Chuyên đề TĐĐ
GVHD: Nguyễn Đăng Khang


Bộ môn: Tự động hóa

Khoa Điện

(Technology Fnction) tích hợp sẵng làm cho nó trở thành một giải pháp tự động hóa
hoàn chỉnh và toàn diện.
S7 1200 PLC bao gồm 4 phiên bản với nhiều tùy chọn cho người dùng, Tất
cảc ác dòng CPU của Serial S71200 đều tíchh ợp giao tiếp Ethernet và cũng có thể
mở rộng giao diện truyền thông khác như RS232, RS485, Profibus, AS-I.
Màn hình SIMATIC HMI Basic được thiết kế tương thích hoàn toàn với S71200 đảm bảo tích hợp và xây dựng ứng dụng tối ưu và nhanh chóng
• Các thành phần của PLC S7-1200 bao gồm:
- 3 bộ điều khiển nhỏ gọn với sự phân loại trong các phiên bản khác nhau giống
như điều khiển AC hoặc DC phạm vi rộng.
- 2 mạch tương tự và số mở rộng điều khiển module trực tiếp trên CPU làm
giảm chi phí sản phẩm.
- 13 module tín hiệu số và tương tự khác nhau.
- 2 module giao tiếp RS232/RS485 để giao tiếp thông qua kết nối PTP.
- Bổ sung 4 cổng Ethernet.
- Module nguồn PS 1207 ổn định, dòng điện áp 115/230 VAC và điện áp 24
VDC

11
Chuyên đề TĐĐ

GVHD: Nguyễn Đăng Khang


Bộ môn: Tự động hóa

Khoa Điện

• Ứng dụng:
- Hệ thống băng tải.
- Điều khiển đèn chiếu sáng.
- Điều khiển bơm cao áp.
- Máy đóng gói.
- Máy in.
- Máy dệt.
- Máy trộn v.v…
2.2.2. CPU S7-1200
Các module CPU khác nhau có hình dạng, chức năng, tốc độ xử lý lệnh, bộ
nhớ chương trình khác nhau….
S7-1200 có 3 dòng là CPU 1211C, CPU 1212C và 1214C.

S7-1200 được trang bị thêm tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập
vào cả CPU và chương trình điều khiển.
Các đặc tính của CPU S7-1200 được thể hiện trong bảng sau:

12
Chuyên đề TĐĐ
GVHD: Nguyễn Đăng Khang


Bộ môn: Tự động hóa

Khoa Điện

2.2.3. S7 1200 CPU 1214C
• Kích thước: 110 x 100 x 75
• Bộ nhớ:
-

Bộ nhớ làm việc: 50Kb.
Bộ nhớl ưu trữ: 2Mb.
Bộ nhớ Retentive: 2Kb.
Ngõ vào ra số: 14 In/10 Out.
Ngõ vào ra tương tự: 2 in.
Vùng nhớ Truy suất bit (M): 4096Byte.
Module tín hiệu mở rộng :8
Board tín hiệu/truyền thông: 1.
13

Chuyên đề TĐĐ
GVHD: Nguyễn Đăng Khang


Bộ môn: Tự động hóa

2.3.

Khoa Điện

Module truyền thông: 3
Bộ đếm tốc độ cao

1 Pha 3 x 100KHZ/3 x 30KHZ.
2 Pha 3 x 80KHZ/3 x 20KHZ.
Ngõ ra xuất xung tốc độ cao: 2.
Truyền thông: Ethernet.
Thời gian thực khi mất nguồn nuôi: 10 ngày.
Thực thi lệnh nhị phân: 0.1 micro giây/lệnh.
Giới thiệu biến tần

2.3.1. Giới thiệu chung.
Biến tần (Inverter) hay còn được gọi là bộ biến đổi tần số (Variable Frequency
Drive, VFD) là một thiết bị điều chỉnh tốc độ quay của động cơ điện xoay chiều
thông qua việc thay đổi tần số nguồn điện cấp cho động cơ.
Vì thế mà biến tần còn có một tên gọi khác là bộ điều chỉnh tốc độ động cơ
(Variable Speed Drive, VSD).
Ngoài ra, điện áp cấp cho động cơ của biến tần cũng thay đổi theo tần số nên biến
tần đôi khi còn được gọi là bộ biến đổi điện áp tần số (Variable Voltage Variable
Frequency Drive, VVVFD).
Sơ đồ minh họa một hệ thống điều tốc độ động cơ với biến tần:

2.3.2. Cấu tạo của biến tần.

14
Chuyên đề TĐĐ
GVHD: Nguyễn Đăng Khang


Bộ môn: Tự động hóa

Khoa Điện

Nhìn vào sơ đồ trên ta có thể thấy cấu tạo chung của biến tần gồm có 4 thành
phần chính: Bộ phận chỉnh lưu, bộ phận lọc điện áp một chiều, bộ phận nghịch lưu
độc lập và mạch điều khiển.
Các dặc tính dạng sóng.

❖ Mạch chỉnh lưu.
Mạch chỉnh lưu có nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một
chiều. Tùy thuộc vào công suất của biến tần và điện áp đầu vào là một pha hay
ba pha ta sử dụng các bộ chỉnh lưu khác nhau.
Nếu đầu vào là điện áp một pha thì ta có chỉnh lưu cầu một pha.
Nếu đầu vào là điện áp ba pha thì ta có chỉnh lưu cầu ba pha.
15
Chuyên đề TĐĐ
GVHD: Nguyễn Đăng Khang


Bộ môn: Tự động hóa

Khoa Điện

Nếu biến tần công suất lớn thì ta dùng chỉnh lưu có điều khiển (chỉnh lưu
thyristor).
Nếu biến tần công suất nhỏ thì ta dùng chỉnh lưu không điều khiển (chỉnh lưu
diode).
Sơ đồ của các mạch chỉnh lưu hay dùng trong biến tần.

Chỉnh lưu cầu một pha diode

16
Chuyên đề TĐĐ

GVHD: Nguyễn Đăng Khang


Bộ môn: Tự động hóa

Khoa Điện

Chỉnh lưu cầu 3 pha diode.

Chỉnh lưu cầu 1 pha thyristor.

17
Chuyên đề TĐĐ
GVHD: Nguyễn Đăng Khang


Bộ môn: Tự động hóa

Khoa Điện

Chỉnh lưu cầu 3 pha thyristor
Dạng sóng đầu ra chỉnh lưu cầu 3 pha.

❖ Mạch lọc.
Như trên giản đồ dóng ta thấy điện áp đầu ra vẫn còn mấp mô, không bằng
phẳng. Điện áp này không thể dùng trực tiếp ngay được. Muốn cho điện áp bằng
18
Chuyên đề TĐĐ
GVHD: Nguyễn Đăng Khang

Bộ môn: Tự động hóa

Khoa Điện

phẳng ta cần đưa qua hệ thống lọc. Hệ thống lọc sử dụng các tụ với điện dung
cao.
❖ Mạch nghịch lưu.
Mạch nghịch lưu có nhiệm vụ biến đổi điện áp một chiều thành điện áp xoay
chiều ba pha. Mạch nghịch lưu sử dụng khóa điện tử IGBT.
Sơ đồ mạch nghịch lưu dùng IGBT như sau:

2.3.3. Ứng dụng của biến tần:
Về ứng dụng biến tần với công suất điều khiển lớn được sử dụng hiệu quả
trong các trường hợp như:
- Điều khiển động cơ không đồng bộ công suất từ 15 đến trên 600kW với tốc
độ khác nhau.
- Điều chỉnh lưu lượng của bơm, lưu lượng không khí ở quạt ly tâm, năng suất
máy, năng suất băng tải.
- Ổn định lưu lượng, áp suất ở mức cố định trên hệ thống bơm nước, quạt gió,
máy nén khí … cho dù nhu cầu sử dụng thay đổi.
- Điều khiển quá trình khởi động và dừng chính xác động cơ trên hệ thống băng
tải.

19
Chuyên đề TĐĐ
GVHD: Nguyễn Đăng Khang


Bộ môn: Tự động hóa

Khoa Điện

- Biến tần công suất nhỏ từ 0,18- 14 kW có thể sử dụng để điều khiển những
máy công tác như: cưa gỗ, khuấy trộn, xao chè, nâng hạ …
Với bơm và quạt ly tâm là những máy có mô men tải thay đổi theo tốc độ
vòng quay như sau:
- Lưu lượng (m3/h) tỷ lệ bậc nhất với tốc độ, Q1/Q2 = n1/n2.
- Áp suất (Pa) tỷ lệ bình phương tốc độ, H1/H2 = (n1/ n2)2.
- Công suất điện tiêu thụ (kW) tỷ lệ lập phương với tốc độ, P1/P2 = (n1/ n2)3.
Ở đây: Q1, H1, P1 – lưu lượng, áp suất và công suất điện tương ứng với số
vòng quay định mức của động cơ ( n1= 2960, 1.460 vg/ph …).
Q2, H2, P2 – lưu lượng, áp suất, công suất điện ứng với tốc độ vòng quay được điều
chỉnh (n2Từ đó dễ dàng nhận thấy, ở một số trường hợp mà công nghệ sản xuất đòi hỏi
phải điều chỉnh lưu lượng, áp suất ở động cơ máy bơm, hoặc quạt gió theo mức tải
phù hợp với từng thời điểm khác nhau thì việc thay đổi tốc độ động cơ dẫn động
được xem là thích hợp nhất, đặc biệt tiết kiệm điện năng. Giải pháp này đã thay thế
cho phương pháp cổ truyền là khi cần thay đổi sự lưu thông chất lỏng hay chất khí
phải thông qua góc mở các van ở đầu vào hoặc đầu ra của đường ống.
Công suất điện tiêu thụ tỷ lệ với bậc ba của tốc độ, vì thế giải pháp ứng
dụng biến tần là sự lựa chọn duy nhất cho khả năng tiết kiệm điện rất cao so với
động cơ làm việc với tốc độ không đổi (100% nđm).
Hiểu quả khi sử dụng biến tần?
Biến tần kết hợp với động cơ không đồng bộ đã đem lại những lợi ích sau:
- Hiệu suất làm việc của máy cao.
- Quá trình khởi động và dừng động cơ rất êm dịu nên giúp cho tuổi thọ của
động cơ và các cơ cấu cơ khí dài hơn.
- Sử dụng biến tần an toàn, tiện lợi và việc bảo dưỡng biến tần cũng ít hơn do
vậy đã giảm bớt số nhân công phục vụ và vận hành máy …

- Biến tần giúp tiết kiệm điện năng ở mức tối đa trong quá trình khởi động và
vận hành.
Ngoài ra, hệ thống máy có thể kết nối với máy tính ở trung tâm. Từ trung tâm
điều khiển nhân viên vận hành có thể thấy được hoạt động của hệ thống và các thông
số vận hành (áp suất, lưu lượng, vòng quay …), trạng thái làm việc cũng như cho
phép điều chỉnh, chẩn đoán và xử lý các sự cố có thể xảy ra.
2.4. Biến tần hitachi WJ200
2.4.1. Các chức năng dẫn đầu trong công nghiệp của biến tần HITACHI
WJ200.
20
Chuyên đề TĐĐ
GVHD: Nguyễn Đăng Khang


Bộ môn: Tự động hóa

Khoa Điện

- Mômen khởi động lớn bằng 200% định
mức hoặc lớn hơn nhờ công nghệ điều
khiển vectơ không cảm biến (trong chế
độ làm việc nặng).
- Tích hợp chức năng tinh chỉnh tự động
với điều khiển vectơ không cảm biến dễ
dàng tạo mômen lớn phù hợp với yêu
cầu trong những ứng dụng tời nâng, hạ,
thang máy …
- Cải tiến khả năng điều chỉnh ở tốc độ
thấp. Dao động giảm 1/2 lần so với các
model trước.

- Điều chỉnh ở tốc độ thấp giúp nâng cao
độ chính xác và ổn định khi làm việc.
- Chức năng tránh ngắt
- Kết hợp các chức năng giảm tốc, khử quá dòng trong thời gian ngắn nhất với
chức năng AVR DC bus. Giảm ngắt phiền toái. Tăng cường khả năng giới hạn
dòng và mômen nhằm hạn chế tải để bảo vệ máy móc, thiết bị.
- Điều khiển vị trí đơn giản (khi có tín hiệu phản hồi)
- Có thể lựa chọn điều khiển tốc độ hay điều khiển vị trí qua đầu vào thông
minh. Nếu đầu vào [SPD] ở trạng thái ON, bộ đếm vị trí dòng được giữ ở giá
trị 0. Nếu đầu vào [SPD] ở trạng thái OFF, biến tần sẽ thực hiện điều khiển vị
trí hoặc bộ đếm vị trí sẽ được kích hoạt.
- Có thể điều khiển động cơ cảm ứng & động cơ nam châm vĩnh cửu (NCVC)
chỉ sử dụng 1 biến tần.
- Biến tần WJ200 có thể điều khiển được cả động cơ cảm ứng IM và động cơ
NCVC PM. Sử dụng động cơ NCVC còn giúp bảo toàn và tiết kiệm năng
lượng.
2.4.2. Tiêu chuẩn toàn cầu.
- Tuân theo các tiêu chuẩn toàn cầu.
- Sử dụng chuẩn logic Sink / source.
- Mức logic của đầu vào và đầu ra được áp dụng theo quy tắc sink/source.
- Dải điện áp nguồn vào rộng.
- Điện áp vào 240V cho loại 200V và điện áp 480V cho loại 400V tiêu chuẩn.
2.4.3. Dễ dàng sử dụng.
- Chức năng lập trình EzSQ (Easy sequence).
- Hoạt động theo trình tự được xác định bằng cách tải vào biến tần một chương
trình được lập sẵn từ phần mềm EzSQ của Hitachi. Phần mềm EzSQ có thể
21
Chuyên đề TĐĐ
GVHD: Nguyễn Đăng Khang

Bộ môn: Tự động hóa

Khoa Điện

được cài trên máy vi tính. Các bộ phận bên ngoài được đơn giản hoá hoặc
được rút bớt nhằm tiết kiệm chi phí.
- Chức năng dừng an toàn.
- WJ200 đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn và tuân theo các chỉ dẫn về máy móc
của Châu Âu. Tắt biến tần bằng phần cứng lắp bypass với CPU nhằm thực
hiện dừng ngắt an toàn. Đáp ứng tiêu chuẩn ở mức chi phí thấp nhất.
(ISO13849-1 Category 3 / IEC60204-1 Stop Category 0).
- Chức năng cài đặt Password.
- Biến tần WJ200 có chức năng thiết lập password nhằm tránh thay đổi và bảo
vệ các thông số quan trọng.
- Tương thích hệ thống và các cổng ngoài.
- Dùng chuẩn RS-485 Modbus/RTU nối tiếp. WJ200 có thể giao tiếp qua
DeviceNet, CompoNet, PROFIBUS và CANopen với các card mở rộng tuỳ
chọn. Dùng USB (kết nối Mini-B) và RS-422 (kết nối RJ45) làm cổng kết nối
chuẩn.
- Dễ đi dây.
- Cổng kết nối mạch điều khiển dùng cơ cấu lò xo, nối với cáp đặc hoặc cáp
nhiều sợi bằng kẹp nối.
- Dễ quan sát dữ liệu.
- Dễ dàng lựa chọn các thông số hiển thị.
- Chức năng so sánh dữ liệu.
- Hiển thị các thông số được thay đổi so với giá trị mặc định.
- Hiển thị cơ bản.
- Hiển thị toàn bộ các thông số được sử dụng thường xuyên.
- Hiển thị nhanh.

- Hiển thị 32 thông số người sử dụng lựa chọn.
- Hiển thị các thông số do người sử dụng thay đổi.
- Tự động lưu giữ và hiển thị các thông số được người sử dụng thay đổi (lên
tới 32 thông số); cũng có thể dùng để lưu giữ lịch sử thay đổi.
- Hiển thị thông số đã kích hoạt.
- Lắp đặt cạnh nhau.
- Biến tần có thể lắp đặt sát nhau nhằm tiết kiệm không gian.
2.4.4. Dễ bảo trì.
- Các thành phần có tuổi thọ cao.
- Tuổi thọ thiết kế là 10 năm hoặc hơn đối với các tụ DC bus và quạt làm
mát.
- Chức năng điều khiển ON/OFF của quạt làm mát có tuổi thọ lâu hơn.
- Chức năng cảnh báo tuổi thọ làm việc.
- WJ200 có thể chuẩn đoán tuổi thọ làm việc của tụ DC bus và quạt làm mát.
22
Chuyên đề TĐĐ
GVHD: Nguyễn Đăng Khang


Bộ môn: Tự động hóa

Khoa Điện

- Dễ dàng tháo lắp quạt làm mát
2.4.5. Biến tần Hitachi WJ200 Series: Thân thiện với môi trường.
- Chức năng khử điện áp xung nhỏ (đã đăng ký sáng chế).
- Phương pháp điều khiển PWM truyền thống của Hitachi hạn chế điện áp động
cơ thấp hơn 2 lần so với điện áp DC bus của biến tần.
- Duy trì ở mức thấp hơn điện áp cách ly lớn nhất của động cơ Hitachi
(1,250V).

- Đáp ứng tiêu chuẩn RoHS của Châu Âu.
- Cải thiện môi trường.
- Mạch PC trong được phủ Vécni.
2.4.6. Các đặc tính đa năng khác.
- Chế độ kép.
- WJ200 có thể làm việc với cả tải thường và tải nặng. Chỉ một biến tần nhỏ
bé WJ200 có thể đáp ứng nhiều ứng dụng khác nhau.
- Giám sát công suất.
- Mức tiêu thụ năng lượng được hiển thị theo kwh.
- Giám sát đầu ra (2 kết nối).
- Hai đầu ra (Analog 0 – 10VDC (10 bit), chuỗi xung (0–10VDC, max 32kHz)
).
- Tích hợp mạch BRD.
- Mạch BRD được lắp cho tất cả model (điện trở tuỳ chọn).
- EzCOM (giao tiếp cùng mức Peer-to-Peer communication)
- WJ200 hỗ trợ cách giao tiếp cùng mức giữa các biến tần với nhau. Một biến
tần sẽ đóng vai trò quản trị hệ thống, và những biến tần khác sẽ ở vị trí master
hoặc slave.
- Chức năng hiển thị linh hoạt.
- Tự động quay về màn hình hiển thị ban đầu trong 10 phút sau khi 1 phím
được ấn, hiển thị các thiết lập ban đầu.
- Giới hạn: chỉ hiện lên nội dung của các thông số được hiển thị.
- Giám sát kép: Có thể cài đặt 2 thông số giám sát bất kỳ. Thao tác qua các
phím up/down.
- Hỗ trợ các ứng dụng Biến tần hitachi WJ200 Series trong dải công suất
từ 0.1 kW đến 15 kW.
- Ứng dụng biến tần hitachi WJ200 Series trong các lĩnh vực:
- Cầu trục nâng hạ, tời, máy nâng, thang máy …
- Quạt, bơm, máy thổi và băng tải.
- Các thiết bị trong lĩnh vực HVAC (lò, quạt thông gió và điều hoà nhiệt độ)

và các thiết bị giải trí.
23
Chuyên đề TĐĐ
GVHD: Nguyễn Đăng Khang


Bộ môn: Tự động hóa

Khoa Điện

2.5. Hướng dẫn cài đặt biến tần HITACHI WJ200
2.5.1. Công suất:
-

1 pha vào, 3 pha ra – 200~240VAC: 0.1 ~ 2.2kW (1/8 ~ 3Hp).

-

3 pha vào, 3 pha ra – 200~240VAC: 0.1 ~ 15kW (1/8 ~ 20Hp).

-

3 pha vào, 3 pha ra – 380~480VAC: 0.4 ~ 15kW (1/2 ~ 20Hp)

2.5.2. Thao tác trên bàn phím biến tần Hitachi Wj200:

24
Chuyên đề TĐĐ
GVHD: Nguyễn Đăng Khang

Bộ môn: Tự động hóa

Khoa Điện

Lưu đồ thao tác các nhóm hàm trong biến tần Hitachi WJ200.
- Đầu tiên, khi cấp nguồn cho biến tần Hitachi Wj200 thì màn hình WJ200 sẽ
hiển thị 0.00 (Hz). Sau đó ta nhấn phím
“d”).

để đến nhóm thông số d (Group

25
Chuyên đề TĐĐ
GVHD: Nguyễn Đăng Khang