ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: Thiết kế hệ thống điều chỉnh và giám sát tốc độ cho động cơ không đồng bộ 3pha rôto lồng sóc công suất 0,18kW sử dụng biến tần và PLC S71200

Trường Đại Học

GVHD: Th.S
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
Hà Nội, Ngày ...... Tháng..... Năm.......
Giáo Viên

1

Trường Đại Học

GVHD: Th.S
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
Hà Nội, Ngày ...... Tháng..... Năm.......
Giáo Viên

2


Trường Đại Học

GVHD: Th.S

MỤC LỤC
Chương I : CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH VÀ ĐO TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ
KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA...................................................................................8
1.1 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ.......................................................8
1.1.1 Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha bằng cách thay đổi tần số
nguồn......................................................................................................................... 8
1.2 Phương pháp đo tôc độ động cơ...........................................................................9
1.2.1 Bộ mã hóa vòng quay Encordor........................................................................9
1.3 Động cơ một chiều.............................................................................................16
1.4 Tổng kết chương................................................................................................17
Chương II : NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ CÁC THAM SỐ CỦA BIẾN TẦN
LS IC5.....................................................................................................................18
2.1 Tìm hiểu về biến tần LS IC5.............................................................................18
2.1.1 Khái niệm........................................................................................................18
2.2 Đặc điểm kĩ thuật cơ bản của biến tần...............................................................19
2.2.1 Đặc điểm kỹ thuật...........................................................................................19
2.2.2 Điều khiển.......................................................................................................20
2.2.3 Hoạt động........................................................................................................20
2.2.4 Các chức năng bảo vệ.....................................................................................21
2.2.5 Màn hình lắp rời..............................................................................................22
2.2.6 Môi trường......................................................................................................22
2.2.7 Sơ đồ đấu nối..................................................................................................23

2.2.8 Sơ đồ chân dấu................................................................................................24
2.2.9 Bàn phím.........................................................................................................26
2.3 Các thông số chương trình.................................................................................26
2.3.1 Nhóm thông số................................................................................................26
2.3.2 Các nhóm tham số...........................................................................................27
2.3.3 Các thông số trong nhóm điều khiển...............................................................28
2.3.4 Các bước cài đặt lệnh tần số trong nhóm điều khiển.......................................29
2.4 Các thông số của biến tần..................................................................................30
2.5 Kiểm tra và sử lý sự cố......................................................................................50
3


Trường Đại Học

GVHD: Th.S

2.6 Tổng kết chương................................................................................................53
Chương III : LẬP TRÌNH ĐIỀU CHỈNH VÀ GIÁM SÁT TÔC ĐỘ CHO HỆ
THỐNG...................................................................................................................54
3.1 Giới thiệu về PLC SIMATIC S7 -1200..............................................................54
3.1.1 Lịch sử phát triển của PLC..............................................................................54
3.1.2 Bộ điều khiển lập trình PLC-1200..................................................................57
3.1.3 Nạp chương trình mẫu cho PLC S7 1200........................................................69
3.2 Khối hàm FC......................................................................................................74
3.3 Bộ đếm tốc độ cao HCS.....................................................................................75
3.3.1 Khái niệm:......................................................................................................75
3.3.2 Hoạt động của bộ đếm tốc độ cao:..................................................................75
3.3.3 Cấu hình cho HSC..........................................................................................78
3.3.4 Lệnh CTRL_HSC...........................................................................................82
3.4 Khối hàm PID....................................................................................................84

3.5 Chương trình điều khiển....................................................................................89
3.5.1.1 Chương trình chính......................................................................................90
3.6Tổng kết chương III............................................................................................91
Chương IV : THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CHO HỆ
THỐNG...................................................................................................................92
4.1 Tổng quan về WinCC.........................................................................................92
4.1.1 Cấu trúc của Control Center............................................................................93
4.1.2 Tạo một dự án:................................................................................................95
4.2 Thiết kế giao diện điều khiển giám sát trên WinCC RT Professional.................96
4.2.1 Thiết lập kết nối PLC S7-1200 và WinCC......................................................96
4.2.2 Thiết kế giao diện giám sát trên WinCC RT Professional...............................99
4.2.3 Màn hình giám sát sau khi hoàn thành:.........................................................101
4.3 Tổng kết chương..............................................................................................101
Chương V : XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ102
5.1 Xây dựng mô hình thực nghiệm.......................................................................102
5.1.1 Chức năng của các thiết bị trong mô hình.....................................................102
5.1.2 Sơ đồ đấu nối................................................................................................103

4


Trường Đại Học

GVHD: Th.S

5.2 Một số hình ảnh thực tế và kết quả mô phỏng..................................................103
5.3 Kết quả............................................................................................................. 104
5.4 Phương hướng phát triển để tài........................................................................105
5.5 Tổng kết chương..............................................................................................105

5


Trường Đại Học

GVHD: Th.S

LỜI NÓI ĐẦU
Nước ta đang trong quá trình phát triển cùng với nền kinh tế thế giời. Điều này
đòi hỏi các xí nghiệp cần đẩy mạnh ứng dụng khoa học kỹ thuật vào quá trình sản
xuất, hạ giá thành sản phẩm mới có thể cạnh tranh và có chỗ đứng trên thị trường.
Để làm được việc này thì các nhà máy, xí nghiệp ngoài việc cải cách cơ cấu còn
phải tăng năng suất lao động. Vì thế tự động hóa toàn bộ quá trình sản xuất trở
thành chiến lược quanh trọng nhất.
Để thực hiện công việc một cách khoa học nhằm đáp ứng nhanh và hiệu quả
về kinh tế. Các nhà máy sản xuất thường sử dụng công nghệ lập trình PLC. Hệ
thống giám sát, cảnh báo tự động dùng PLC làm giảm sức lao động của công nhân
mà lại đạt độ chính xác cao, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật.
Việc lựa chọn và tích hợp hệ thống là một việc vô cùng quan trọng đối với kỹ
sư tự động hóa. Vì vậy để giải quyết vấn đề trên thì nhóm thực hiện nghiên cứu một
giải phát thiết kế một hệ thống điều chính và giám sát tốc độ cho động cơ không
đồng bộ 3 pha rôto lồng sóc sử dụng biến tần PLC S7-1200.
Mục đích của hệ thống là giúp chúng ta có thể đo lường và giám sát về tốc độ
của động cơ. Ta có thể điều khiển tốc độ và hiển thị giá trị đo lường được trên máy
tính.

6


Trường Đại Học

GVHD: Th.S

Việc giải quyết vấn đề trên chính là nội dung yêu cầu của đồ án tốt nghiệp với
nội dung : “ Thiết kế hệ thống điều chỉnh và giám sát tốc độ cho động cơ không
đồng bộ 3pha rôto lồng sóc công suất 0,18kW sử dụng biến tần và PLC S71200 ”.
Nội dung chính của Đồ án là nghiên cứu về điều chỉnh và giám sát tốc độ
động cơ sử dụng biến tần và PLC S7-1200.
Đồ án được trình bày với 4 chương với nội dung cơ bản của từng chương được
tóm tắt như sau :
Chương 1 : Các phương pháp điều chỉnh và đo tốc độ cho động cơ không
đồng bộ ba pha : tổng quan về các phương pháp điểu chỉnh và đo tốc độ cho động
cơ không đồng bộ 3pha , giới thiệu nguyên lý hoạt động encodor.
Chương 2 : Giới thiệu nguyên lý hoạt động và các tham số của bộ biến tần
: Giới thiệu về nguyên lý hoạt độn của biến tần sử dụng trong hệ thống.
Chương 3 : Lập trình điều chỉnh và giám sát tốc độ cho hệ thống : Tổng
quan Tia Portal v13 và Lập trình điều trỉnh và giám sát trên máy tính.
Chương 4 : Thiết kế giao diện điều khiển giám sát cho hệ thống : Tổng
quan Wincc Runtime Professionnal và thiết kế giao diện trên máy tính.
Chương 5 : Xây dựng mô hình thực nghiệm và đánh giá kết quả : Thiết kế
mô hình thực nghiệm.
Mặc dù chúng em đã cố gắng tìm hiểu để hoàn thành Đồ án, song vì kiến thức
còn hạn hẹp và chưa có nhiều kinh nghiệm thực tế nên không tránh khỏi sai sót, rất
mong được sự bổ sung và góp ý của thầy cô và các bạn để Đồ án của chúng em
được hoàn thiện hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo và các thầy cô
trong bộ môn đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ để chúng em hoàn thành đồ án này.

7

Trường Đại Học

GVHD: Th.S

Chương I : CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH VÀ ĐO TỐC ĐỘ ĐỘNG
CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA
I.1 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ
 Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện trở phụ trong mạch rotor.
 Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp stato.
 Điều chỉnh bằng cách thay đổi số đôi cực từ.
 Điều chỉnh bằng cuộn kháng bão hòa.
 Điều chỉnh bằng phương pháp nối tầng.
 Điều chỉnh bằng cách thay đổi tần số nguồn vào.
Trong các phương pháp trên thì phương pháp điều chỉnh bằng cách thay đổi
tần số cho phép điều chỉnh cả momen và tốc độ với chất lượng cao nhất, đạt đến
mức độ tương đương như điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều bằng cách thay đổi
điện áp phần ứng. Sau đây em xin giới thiệu về phương pháp điều chỉnh tốc độ
động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi tần số nguồn vào.
I.1.1 Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha bằng cách thay đổi tần
số nguồn.
Thay đổi tần số nguồn cấp cho động cơ là thay đổi tốc độ không tải lý tưởng
nên thay đổi được đặc tính cơ. Tần số càng cao thì tốc độ động cơ càng lớn. Khi
điều chỉnh tần số nguồn cấp cho động cơ thì các đại lượng liên quan đến tần số như
cảm kháng thay đổi, do đó dòng điện, từ thông của động cơ cũng bị thay đổi theo và
cuối cùng các đại lượng như độ trượt tới hạn, momen tới hạn cũng bị đổi. Chính vì
vậy điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng phuơng phảp thay đổi tần số
nguồn thường kéo theo thay đổi điện áp, dòng điện hoặc từ thông mạch stator.
Khi giảm tần số xuống dưới tần số định mức, cảm khảng của động cơ cũng
giảm và dòng điện động cơ tăng lên. Tần số giảm dòng điện càng lớn momen tới
hạn càng lớn. Để tránh động cơ bị quá dòng ta phải tiến hành giảm điện áp sao cho

const. Đó là luật điều chỉnh tần số - điện áp. Khi f > ta không thể tăng điện ảp U ›
nên đặc tính cơ không giữ được momen tới hạn .
Thay đổi tần số nguồn đuợc thực hiện bằng bộ biến tần. Khi thay đổi tần số
người ta mong muốn giữ cho từ thông không đổi, cho nên phải giữ cho tỷ số điện
8


Trường Đại Học

GVHD: Th.S

áp và tần số không đổi. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi tần số nguồn cho phép điều
chình tốc độ một cách bằng phẳng trong phạm vi rộng và cho cả nhóm động cơ,
song giá thành tương đối đắt.
Đây cũng là phương pháp mà nhóm em sử dụng trong đồ án tốt nghiệp này.
Việc điều chỉnh giá trị tần số cấp cho động cơ được thực hiện nhờ biến tần LS ic5.
I.2 Phương pháp đo tôc độ động cơ
Tốc độ động cơ là một thông số rất quan trọng chứa đựng nhiều thông tin phản
anh toàn diện tình trạng làm việc của động cơ. Dựa vào tốc độ động cơ và thông qua
hệt thống chẩn đoán người ta có thể biết được tình trạng làm việc của động cơ.
Tốc độ của động cơ có thứ nguyên là số vòng/1 phút nó là một đại lượng vật
lý không mang đặc trưng của đại lượng điện vậy để đo được tốc độ quay của mọi
động cơ nói chung cũng như động cơ điện nói riêng người ta phải biến đổi nó ra
một đại lượng khác để phù hợp và tiện lợi đồng thời đáp ứng được cấp chính xác
theo yêu cầu của công việc.
Trong quá khứ việc ứng dụng của cơ học và quang học đã giúp ích cho kỹ
thuật đo lường. Hiện tại và tương lai với tốc độ phát triển ngày một hoàn thiện hơn
của ngành điện kể cả về lý thuyết và những công nghệ cao trong kỹ thuật điện tử thì
điện tử đã góp rất nhiều trong sự phát triển cho thiết bị đo lường. Các đại lượng
điện và không điện được cảm biến đo lường chuyển đổi sang tín hiệu điện. Các tín

hiệu này được các mạch điện tử chế biến cho phù hợp với mạch đo, mạch thu thập
dữ liệu đo lường.
I.2.1 Bộ mã hóa vòng quay Encordor
Encoder là đo lường dịch chuyển thẳng hoặc góc. Đồng thời chuyển đổi vị trí
góc hoặc vị trí thẳng thành tín hiệu nhị phân và nhờ tín hiệu này có thể xác định
được vị trí trục hoặc bàn máy. Tín hiệu ra của Encoder cho dưới dạng tín hiệu số.
Encoder được sử dụng làm phần tử chuyển đổi tín hiệu phản hồi trong các máy
CNC và robot. Trong máy công cụ điều khiển số, chuyển động của bàn máy được
dẫn động từ một động cơ qua vít me đai ốc bi tới bàn máy. Vị trí của bàn máy có thể
xác định được nhờ encoder lắp trong cụm truyền dẫn.

9


Trường Đại Học

GVHD: Th.S

Hình 1 : Encoder tương đối và Encodor Tuyệt đối
Encoder được chia làm 2 loại absolute encoder (encoder tuyệt đối) sử dụng đĩa
theo mã nhị phân hoặc mã Gray. Incremental encoder (encoder tương đối) có tín
hiệu tăng dần hoặc theo chu kỳ. Đối với loại encoder tuyệt đối thì tín hiệu ta nhận
được chỉ rõ ràng vị trí encoder, chúng ta không cần sử lý gì thêm vẫn biết được vị
chí chính xác của encoder. Còn với encoder tương đối thì có 1,2 đến 3 vùng lỗ, cứ
mỗi lần quay được một vòng sẽ nhận được tín hiệu và ta biết được đĩa quay được 1
vòng. Nếu bây h trên đía có nhiều lỗ hơn thì ta sẽ có những thông tin chi tiết hơn.
Đĩa quay ¼ vòng,1/8 hay 1/n vòng tùy theo số lỗ nằm trên encoder.
I.2.1.1 Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý cơ bản của encoder, đó là một đĩa tròn xoay, quay quanh trục. Trên
đĩa có các lỗ (rãnh). Người ta dùng một đèn led để chiếu lên mặt đĩa. Khi đĩa quay,

chỗ không có lỗ, đèn led không chiếu xuyên qua được. Chỗ có lỗ, đèn led sẽ chiếu
xuyên qua. Khi đó, phía mặt bên kia của đĩa, người ta đặt một con mắt
thu( photosensor). Với các tín hiệu có hoặc không có ánh sáng chiếu qua, người ta
ghi nhận được đèn led có chiếu qua lỗ hay không.
Khi trục quay, giả sử trên đĩa chỉ có một lỗ duy nhất, cứ mỗi lần con mắt thu
nhận được tín hiệu đèn led, thì có nghĩa là đĩa đã quay được một vòng. Đây là
nguyên lý rất cơ bản của encoder. Tuy nhiên, những vấn đề được đặt ra là làm sao
để xác định chính xác hơn vị trí của đĩa quay (mịn hơn) và làm thế nào để xác định
được đĩa đang quay theo chiều nào? Đó chính là vấn đề để chúng ta tìm hiểu về
encoder.

10


Trường Đại Học

GVHD: Th.S

Hình 2 : Cấu tạo chung
Trong hình có một đĩa mask, không quay, đó là đĩa cố định. Thực ra là để che
khe hẹp ánh sáng đi qua, giúp cho việc đọc encoder được chính xác hơn mà thôi.
Chúng tôi không để cập đến đĩa này ở đây. Vấn đề chúng ta sẽ quan tâm ở đây chính
là vấn đề về độ mịn của encoder. Có nghĩa là làm thế nào biết đĩa đã quay 1/2 vòng,
1/4 vòng, 1/8 vòng hay 1/n vòng, chứ không phải chỉ biết đĩa đã quay được một
vòng.
I.2.1.2 Encoder tuyệt đối
Encoder kiểu tuyệt đối, kết cấu gồm các phần sau:
Bộ phát ánh sáng (LED phát),
Đĩa mã hóa (chứa các dải băng mang tín hiệu)
Một bộ thu ánh sáng nhạy với ánh sáng từ bộ phát (bộ thu thường là

photosensor).

11


Trường Đại Học

GVHD: Th.S

Hình 3 : Cấu tạo Của Encoder tuyệt đối
Đĩa mã hóa được chế tạo từ vật liệu trong suốt. Người ta chia mặt đĩa thành
các góc đều nhau và các đường tròn đồng tâm. Các đường tròn đồng tâm và bán
kính giới hạn các góc hình thành các phân tố diện tích. Tập hợp các phân tố diện
tích cùng giới hạn bởi hai vòng tròn đồng tâm gọi là dải băng. Số dải băng trên mặt
đĩa tùy thuộc khả năng công nghệ, ứng với một dải băng ta có một đèn LED và một
photosenser. Trên các dải băng, các diện tích phân tố có phân tố trong suốt (ánh
sáng có thể xuyên qua được) và cũng có phân tố được phủ lên một lớp mà ánh sáng
không thể chiếu xuyên qua được. Sự trong suốt và không trong suốt đặc trưng đặc
tính của các phân tố.
Nguyên lý hoạt động
Ba bộ phận quan trọng nhất cấu thành encoder tuyệt đối là đèn LED, đĩa mã
hóa và các photosensor. Ánh sáng được chiếu từ đèn LED qua đĩa mã hóa đến các
photosensor. Số đèn LED bằng với số dải băng (hay còn gọi là vòng lỗ) trên đĩa mã
hóa và cũng bằng với số photosensor ( hoặc cũng có thể dùng một đèn LED nhưng
công suất của đèn này phải lớn, ánh sáng của nó phải chiếu phủ hết các dải băng
trên đĩa mã hóa). Trên encoder, đèn LED, dải băng và photosensor phải sắp xếp nằm
trên một đường thẳng. Đèn LED và photosensor được gắn cố định trên vỏ encoder.

12

Trường Đại Học

GVHD: Th.S

Còn đĩa mã hóa thì quay quanh trục mang các tín hiệu mã hóa nhằm xác định
góc quay. Khi ánh sáng từ nguồn sáng chiếu tới đĩa mã hóa, nếu đối diện với tia
sáng là vùng diện tích trong suốt, ánh sáng xuyên qua đĩa đến photosensor làm xuất
hiện dòng chảy qua photosensor ( lúc này photosensor này nhận được tín hiệu 1
trong mã nhị phân). Nếu đối diện với tia sáng là vùng diện tích bị phủ lớp chắn
sáng, ánh sáng không đến được photosensor (lúc này photosensor này nhận được tín
hiệu 0 trong mã nhị phân).
Quay lại bài toán cơ bản về bit và số bit, chúng ta xem xét vấn đề theo một
cách hoàn toàn toán học: Với một số nhị phân có 2 chữ số, chúng ta sẽ có 00, 01,
10, 11, tức là 4 trạng thái. Điều đó có nghĩa là với 2 chữ số, chúng ta có thể chia đĩa
encoder thành 4 phần bằng nhau. Và khi quay, chúng ta sẽ xác định được độ chính
xác đến 1/4 vòng (góc đo nhỏ nhất trong trường hợp này là 90 độ).
Tương tự vậy, nếu với một số có n chữ số, chúng ta sẽ xác định được độ chính
xác đến 1/(2^n) vòng. Thế làm sao để xác định 2^n trạng thái này của đĩa encoder.
Ở đây, tôi đưa ra ví dụ với đĩa encoder có 2 vòng lỗ (2 dải băng). Các bạn sẽ thấy
rằng, ở vòng trong cùng, có một rãnh rộng bằng 1/2 đĩa. Vòng phía ngoài, sẽ có 2
rãnh nằm đối diện nhau.
Như vậy, chúng ta cần 2 đèn led để phát xuyên qua 2 vòng lỗ, và 2 đèn thu
( photosensor ). Giả sử ở vòng lỗ thứ nhất (trong cùng), đèn đọc đang nằm ở vị trí
có lỗ hở, thì tín hiệu nhận được từ con mắt thu sẽ là 1. Và ở vòng lỗ thứ hai, thì
chúng ta đang ở vị trí không có lỗ, như vậy con mắt thu vòng 2 sẽ đọc được giá trị
0.
Và như vậy, với số 10, chúng ta xác định được encoder đang nằm ở góc phần
tư nào. Cũng có nghĩa là chúng ta quản lý được độ chính xác của đĩa quay đến 1/4
vòng. Trong ví dụ trên, nếu đèn LED đọc được 10 thì vị trí của LED phải nằm trong

góc phần tư thứ hai, phía trên, bên trái. Kết quả, nếu đĩa encoder có đến 10 vòng lỗ,
thì chúng ta sẽ quản lý được đến 1/(2^10) tức là đến 1/1024 vòng. Hay người ta nói
là độ phân giải của encoder là 1024 xung trên vòng (pulse per revolution – ppr).

13


Trường Đại Học

GVHD: Th.S

Hình 4: Đĩa encoder 8 lỗ
Để thiết kế encoder tuyệt đối, người ta luôn vẽ sao cho bit thứ N (đối với
encoder có N vòng lỗ) nằm ở trong cùng, có nghĩa là lỗ lớn nhất có góc rộng 180
độ, nằm trong cùng. Bởi vì chúng ta thấy rằng, bit 0 (nếu xem là số nhị phân) sẽ
thay đổi liên tục mỗi 1/2^N vòng quay. Vì thế chúng ta cần rất nhiều lỗ. Nếu đặt ở
trong thì không thể nào vẽ được vì ở trong bán kính nhỏ hơn. Ngoài ra, nếu đặt ở
trong thì về kết cấu cơ khí, nó quá gần trục và quá nhiều lỗ nên sẽ rất yếu. Vì hai
điểm này, nên bit 0 luôn đặt ở ngoài cùng, và bit N-1 luôn đặt trong cùng như hình
trên.
Với encoder có 8 vòng lỗ ta sẽ quản lý được 1/2^8 của đĩa (tức là quản lý được
1/256 của đĩa, tương đương với góc 360/256=1,4 độ). Vậy với encoder 8 vòng lỗ
này ta sẽ biết được góc quay của đĩa với độ chính sác là 1,4 độ.
I.2.1.3 Encoder tương đối
Encoder tương đối kiểu quay:

14


Trường Đại Học

GVHD: Th.S

Hình 5 : Đĩa encodor tương đối kiểu quay
Về cơ bản thì encoder tương đối và encoder tuyệt đối đều giống nhau chỉ khác
nhau ở đĩa mã hóa. Ở encoder tương đối đĩa mã hóa gồm 1 dải băng tạo xung. Trên
dải băng này được chia ra làm nhiều lỗ bằng nhau và cách đều nhau (lỗ có thể được
thây bằng vật liệu trong suốt cho ánh sáng truyền qua). Khi đĩa từ quay qua một lỗ
thì photosensor nhận được tín hiệu từ đèn LED chiếu qua thì encoder sẽ tăng lên
một giá trị trong biến đếm.

Hình 6 : Lỗ định vị trên encoder tương đối kiểu quay
Để tránh điều tai hại này xảy ra, người ta đưa vào thêm một lỗ định vị để đếm
số vòng đã quay của encoder. Như vậy, cho dù có lệch xung, mà chúng ta thấy rằng
encoder đi ngang qua lỗ định vị này, thì chúng ta sẽ biết là encoder đã bị đếm sai ở
đâu đó. Nếu vì một rung động nào đó mà chúng ta không thấy encoder đi qua lỗ

15


Trường Đại Học

GVHD: Th.S

định vị, vậy thì từ số xung và việc đi qua lỗ định vị, chúng ta sẽ biết rõ hiện tượng
sai của encoder.
Nguyên lý hoạt động:

Hình 7 : Nguyên lý hoạt động encoder tương đối kiểu quay
Encoder tương đối cũng gồm các bộ phận cơ bản là nguồn phát( đèn LED), đĩa

quay( đĩa mã hóa), cảm biến (photosensor). Khi đĩa quay qua một lỗ thì cảm biến
trên nhận được tín hiệu lúc đó encoder sẽ tăng lên một giá trị trong biến đếm. Cho
đến khi cảm biến bên dưới nhận được tín hiệu thông qua lỗ định vị thì ta biết được
đĩa đã quay song một vòng. Giá trị biến đếm mà encoder nhận được sẽ cho ta biết
được góc độ mà đĩa đã quay. Ứng với dải băng có càng nhiều lỗ thì góc đếm nhỏ
nhất mà encoder đếm được sẽ càng nhỏ (càng mịn).
Nhận xét :
Bộ mã hóa vòng quay encoder có nhiều ưu điểm vượt trội hơn nhiều so với
các loại tốc kế khác. Ví dụ như :
 Đầu ra dạng xung nên trong các hệ thống điều khiển số không cần bộ chuyển
đổi ADC.
 Dễ dàng lắp đặt sử dụng, dễ đọc tín hiệu.
 Giữ được giá trị góc khi mất điện đối với encoder tuyệt đối...
Vì thế encoder được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy xí nghiệp phục vụ
sản xuất.
I.3 Động cơ một chiều
Lựa chọn động cơ một chiều:
16


Trường Đại Học

GVHD: Th.S

Động cơ điện một chiều có quán tính cơ tương đối nhỏ, dễ thay đổi tốc độ
trong một khoảng khá rộng. Động cơ điện một chiều là có nhiều phương pháp thay
đổi tốc độ và dễ dàng thay đổi tốc độ, chiều quay.
Thông thường, tốc độ quay của một động cơ điện một chiều tỷ lệ với điện áp
đặt vào nó, và ngẫu lực quay tỷ lệ với dòng điện. Điều khiển tốc độ của động cơ có
thể bằng cách điều khiển các điểm chia điện áp đặt vào nó, điều khiển bộ cấp nguồn

thay đổi được, dùng điện trở hoặc mạch điện tử…
Điện áp tác dụng có thể thay đổi bằng cách xen vào mạch một điện trở nối tiếp
hoặc sử dụng một thiết bị điện tử điều khiển kiểu chuyển mạch lắp bằng Thyristor,
transistor hoặc loại cổ điển hơn nữa bằng các đèn chỉnh lưu hồ quang Thủy ngân
Ta chọn động cơ DC có điện áp 12V-100W.

Hình 8 : Động cơ một chiều
I.4 Tổng kết chương
Ở

chương 1 nhóm em đã thực hiện liệt kê và phân tích một số phương pháp

điều khiển tốc độ động cơ và đo tốc độ động cơ trong thực tế.
Có rất nhiều cách để đo tốc độ động cơ, qua tìm hiểu và phân tích ta thấy
phương pháp đo tốc độ động cơ sử dụng bộ mã hóa vòng quay encoder có nhiều ưu
điểm vượt trội, phù hợp với những ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao trong thực tế.
Ở chương tiếp theo ta sẽ đi tìm hiểu về nguyên lý hoạt động của biến tần mà
chúng ta sử dụng.

17


Trường Đại Học

GVHD: Th.S

Chương II : NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ CÁC THAM SỐ CỦA BIẾN
TẦN LS IC5
II.1

Tìm hiểu về biến tần LS IC5

II.1.1 Khái niệm
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.
Nguyên lý hoạt động chung của biến tần
Nguyên lý cơ bản làm việc của bộ 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 cosphi của hệ biến tần đều có giá trị không phụ thuộc vào
tải và có giá trị ít nhất 0.96. Điện áp một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thành
điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng. Công đoạn này hiện nay được thực hiện thông
qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chế độ
rộng xung (PWM). Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn lực
hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm
tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ.
Hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha ở đầu ra có thể thay đổi giá trị biên độ và
tần số vô cấp tuỳ theo bộ điều khiển. Theo lý thuyết, giữa tần số và điện áp có một
quy luật nhất định tuỳ theo chế độ điều khiển. Đối với tải có mô men không đổi, tỉ
số điện áp - tần số là không đổi. Tuy vậy với tải bơm và quạt, quy luật này lại là
hàm bậc 4. Điện áp là hàm bậc 4 của tần số. Điều này tạo ra đặc tính mô men là
hàm bậc hai của tốc độ phù hợp với yêu cầu của tải bơm/quạt do bản thân mômen
cũng là hàm bậc hai của điện áp.
Hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ biến tần rất cao vì sử dụng các bộ linh
kiện bán dẫn công suất được chế tạo theo công nghệ hiện đại. Nhờ vậy, năng lượng
tiêu thụ xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu bởi hệ thống.
Ngoài ra, biến tần ngày nay đã tích hợp rất nhiều kiểu điều khiển khác nhau
phù hợp hầu hết các loại phụ tải khác nhau. Ngày nay biến tần có tích hợp cả bộ
PID và thích hợp với nhiều chuẩn truyền thông khác nhau, rất phù hợp cho việc
điều khiển và giám sát trong hệ thống SCADA.

18


Trường Đại Học

GVHD: Th.S

Hình 9 : Biến tần LS IC5
II.2

Đặc điểm kĩ thuật cơ bản của biến tần

II.2.1 Đặc điểm kỹ thuật
Sản phẩm
Công suất
Đầu ra danh
định
Đầu vào
danh định

[HP]
[kW]
Công
suất[kVA]
FLA[A]
Điện áp
Tần số
Điện áp
Tần số

SV004iC5 SV008iC5- SV015iC5- SV022iC5-1
1
1
1
0.5
1
2
3
0.4
0.75
1.5
2.2
0.95
2.5

1.9

3

4.5

5
8
3 pha, 200 đến 230V
0 đến 400Hz
1 pha, 200 đến 230V ( ±10% )

12

50 đến 60Hz ( ±5% )

II.2.2 Điều khiển
Phương thức điều khiển
Cài đặt tần số

Đièu khiển V/F, Điều khiển theo vectơ cảm biến
∙Tham chiếu digital: 0.01Hz
∙Tham chiếu
analogl:
19


Trường Đại Học

GVHD: Th.S
0.06Hz/60H
z
∙ digital

:

0.1% của tần
Cài đặt tần số chính xác
Tỷ lệ V/F

∙ digital : 0.01% của tần số ra max
số ra max
Thẳng, vuông, sử dụng V/F
1 phút ở 150%, 30s ở 200% ( Với đặc trưng đảo

Khả năng chịu quá tải

ngược)
Bằng tay ( Điều chỉnh 0 đến 15%), Tự

Tăng Momen
II.2.3 Hoạt động

động

Điều khiển hoạt động
Cài đặt tần số

Tín hiệu vào

Bàn phím/ Từ xa/ Truyền
thông
∙ Analog: 0~10V/4~20mA ∙
Digital: Bàn phím ∙ Giao tiếp:
RS485

Cài đặt tần số

Forward / Reverse

Mở rộng

Cài đặt lên 8 tốc độ ( Sử dụng
chức năng mở rộng kết nối)

Mở rộng thời gian
tăng/giảm tốc độ
Dừng khẩn
Jog

0,1 ~ 6000s.Max. 8 dạng có
thể sử dụng chức năng mở
rộng kết nối
Có thể lựa chọn được đặc
tuyến tăng/ giảm tốc: Thẳng,
U hoặc S.
Ngắt đầu ra Biến tần
Hoạt động Jog

Reset lỗi

Reset lỗi khi chức năng bảo
vệ được kích hoạt.

Trạng thái hoạt động

Dò tần số, Báo quá tải, Kẹt,
Quá áp, Thấp áp,

Tín hiệu ra

Đầu ra lỗi

20

Quá nhiệt Biến tần, Chạy,
Dừng, Tốc độ không đổI, dò
tốc độ Đầu ra lỗi (Đầu ra rơle


Trường Đại Học

GVHD: Th.S

Chức năng hoạt động

và Đầu ra không tiếp điểm).
Chọn một dạng tín hiệu ra
của tần số, dòng, điện áp và
Chỉ dẫn
điện áp DC. (Điện áp ra:
0~10V).
Hãm DC, Giới hạn tần số,Tần số nhảy,Chức năng thứ 2
Bù vòng trượt, Chống đảo chiều, Tự động restart, Điều
khiển PID.

II.2.4 Các chức năng bảo vệ
Quá áp, Thấp áp, Quá dòng,
Quá nhiệt Biến tần, Quá nhiệt động
cơ, Lỗi pha I/O, Đấu nốI I/O sai,
Quá tải , Lỗi thiết bị ngoài
1.2, Mất lệnh chạy, Lỗi phần cứng,
Lỗi kết nối, Lỗi CPU.
Chống chết máy, Báo quá tải

Thấp hơn 15ms: Giữ hoạt động thời

Ngắt Biến tần

Cảnh báo
Thấp nguồn thời gian ngắn

gian ngắn
Lâu hơn 15ms: Tự động reset lại

21


Trường Đại Học

GVHD: Th.S

II.2.5 Màn hình lắp rời
Thông tin hoạt động

Tần số ra, Dòng và điện áp, Đặt
giá trị tần số, Tốc độ chạy, Điện áp DC

Thông tin lỗi

Hiển thị lý do gây lỗi. Lưu 5 lỗi
gần nhất.

II.2.6

Môi trường

Nhiệt độ môi trường
Nhiệt độ lưu kho
Độ ẩm
Độ cao so với mặt nước biển & Dung
động
Không khí
Áp suất

-100C ~ 400C
-200C ~ 650C
90%Rh max.(Không đọng nước)
1000m max, 5.9m/sec2 (0.6g) max.
Không khí ăn mòn, Dễ cháy, Dầu hay bụi
bẩn.
70~106k Pa

22


Trường Đại Học

GVHD: Th.S

II.2.7 Sơ đồ đấu nối

Hình 10: Sơ đồ đấu nối của biến tần

23

Trường Đại Học

GVHD: Th.S

II.2.8 Sơ đồ chân dấu

Chân đấu
L1, L2
U, V, W
P, P1
G

Tín hiệu
Đầu vào AC
Đầu ra Biến tần
DC reactor
Đất

Chân đấu

Mô tả
Đầu vào 1pha AC
Đầu ra 3pha đến động cơ
Kết nối DC reactor
Nối đất

Tín hiệu

Mô tả

Đầu vào

P1, P2,P3, P4, P5

Đầu vào đa chức năng

P24

PNP DC24V Đầu ra

VR

Công suất cài đặt tần
số

VI

Cài đặt tần số (Điện
áp)

I

Cài đặt tần số (Dòng)

24

Used for multifunction input.
Factory default

settings are as
follows.
P1 = FX, Forward
P2= RX, Reverse
P3 = BX, Emergency
stop
P4 = JOG P5 = RST,
Fault reset

DC24V power supply
in case of PNP mode
Công suất cho cài đặt
tần số analog. Đẩu ra
max là +12V 10mA
Đầu vào DC 0 đến
10V để đặt tần số.
Điện trở vào là 20kΩ
Đầu vào DC 4 đến
20mA để đặt tần số.


Trường Đại Học

GVHD: Th.S

CM

AM-CM

Đầu ra

330A, 30C, 30B
MO-EXTG

Điện trở vào là 250Ω
Chân chung cho tín
hiệu cài đặt tần số
Chân chung
analog và FM (cho
màn hình).
Đầu ra của Tần số ra,
Dòng ra, Điện áp và
điện áp DC ra.
Mặc định của nhà
Cho màn hình
máy là tần số ra.
Điện áp ra MAX = 0
đến 12V, dòng ra =
10mA
Ngắt đầu ra khi chức
năng bảo vệ hoạt
động hoặc tín hiệu
đầu ra đa chức năng.
Rơle đa chức năng và Chân rơle đa chức
Chân đầu ra không tiếp năng
:
Max.
điểm
AC250V/1A,
DC30V/1A

Chân đầu ra không
tiếp
điểm:
Max.
DC24V 50mA

II.2.9 Bàn phím
Phím
RUN

Chức năng
Phím chạy

STOP/RESET

Phím Dừng/reset

●

Chương trình/chọn

Làm thay đổi thông số và
lưu chúng

KNOB(Volume)

Tần số

Làm thay đổi tần số

NPN/PNP

Lựa chọn

Lựa chọn chế độ giữa
NPN và PNP

▲

Lên

Tăng giá trị thông số

25

Mô tả
Làm biến tần hoạt động
Làm dừng hoạt động hay
reset trong trường hợp có
lỗi