Ứng dụng bộ điều khiển lập trình PLC trong điều khiển động cơ điện không đồng bộ xoay chiều 3 pha, điều khiển đèn giao thông, điều khiển thang máy

LỜI NÓI ĐẦU Trong thời gian thực tập tại trường em đã hoàn thành tốt 5 nội dung thực tập được giao, nhờ sự hướng dẫn và chỉ bảo tận tình của các Thầy giáo cùng với sự cố gắng học tập của bản thân đã trang bị cho chúng em những kiến thức thực tế về chuyên ngành Kỹ thuật điện của mình. Trong nền kinh tế hội nhập của nước ta hiện nay, yêu cầu Công nghiệp hóa- Hiện đại hóa đòi hỏi chúng ta phải sử dụng nhiều thiết bị vi xử lý được đưa vào trong mạch điều khiển để tạo nên sự thay đổi sâu sắc và vượt bậc trong lĩnh vực sản xuất và phục vụ đời sống sinh hoạt hàng ngày. Tiếp đó, là sự bùng nổ của Khoa học kỹ thuật điều này kéo theo sự phát triển và hoàn thiện của các bộ VĐK, PLC, Thyristor... các bộ biến đổi điện ngày càng gọn nhẹ, tác động nhanh, dễ dàng ghép nối với các vi mạc điện tử. Để tiếp thu các tiến bộ của Khoa học kỹ thuật nhằm đáp ứng yêu cầu đổi mới công nghệ để đưa Tự Động Hóa vào sản xuất. Em xin báo cáo quá trình thực tập kỹ thuật điều khiển là: “ Ứng dụng bộ điều khiển lập trình PLC trong điều khiển động cơ điện KĐB xoay chiều 3 pha, điều khiển đèn giao thông, điều khiển thang máy”. Ngoài ra, trong đợt thực tập vừa qua, em cũng đã được tiếp xúc và thực hành trực tiếp trên một số thiết bị Biến tần và Logo. Trong quá trình thực tập và viết báo cáo em đã rất cố gắng, song không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được sự góp ý chỉ bảo của các Thầy giáo trong khoa. Em xin chân thành cảm ơn các Thầy giáo trong khoa KTĐK đã tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em hoàn thành các bài thực tập. SV THỰC HIỆN Vũ văn Thoa Nhận xét của giáo viên hướng dẫn ................................................................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................................................................MỤC LỤC Lời nói đầu 1 Nhiệm vụ thực tập 4 Nội dung báo cáo 5 Nội dung 01: Thiết kế chế tạo bộ nguồn tự động ổn định điện áp và hạn chế dòng điện. 6 Nội dung 02: Xây dựng mạch đo và điều khiển dòng điện, điện áp trong các hệ thống điện tử công suất trên cơ sở biến đổi ADC ICL 7135 9 Nội dung 03: Xây dựng mạch điều khiển chỉnh lưu Thyristor thực hiện ổn dòng trên cơ sở IC điều chế pha xung TCA 785 15 Nội dung 04: Ứng dụng PLC xây dựng các hệ điều khiển cho truyền động điện và điều khiển công nghiệp. 24 Bài 1: Xây dựng hệ thống điều khiển động cơ xoay chiều 3 pha 28 Bài 2: Xây dựng mô hình hệ thống đèn 33 Bài 3: Điều khiển thang máy 36 Nội dung 05: Giới thiệu về biến tần và logo. 45 Kết luận 50 Tài liệu tham khảo 51 NHIỆM VỤ THỰC TẬP I. Mục đích : * Tạo cho sinh viên tìm hiểu, làm quen với chức trách của người kỹ sư trong nhà máy, xí nghiệp, cơ quan vv… ;ở nơi mà sinh viên được thực tập . * Tạo đIều kiện cho sinh viên tiếp xúc , tìm hiểu thực tiễn kỹ thuật chuyên ngành. II. Yêu cầu : * Sinh viên phải trực tiếp tìm hiểu tại một cơ sở sản xuất với qui mô phù hợp. * Sinh viên phải nhận thức được vai trò trách nhiệm của người kỹ sư ; Học tập được kinh nghiệm về phương pháp tổ chức thực hiện những nhiệm vụ kỹ thuật thực tế mới đặt ra; Đồng thời phát huy được các kiến thức mới vừa tiếp thu được trong trường , đề đạt áp dụngvào thực tế nếu điều kiện cho phép . * Thực hiện đầy đủ các nội qui thực tập và kế hoạch tực tập đã được phê duyệt. *Chấp hành nghiêm túc các qui định của cơ sở thực tập. *Làm báo cáo thu hoạch thực tập và nộp cho Khoa đúng kỳ hạn. III. Nội dung thực tập : Tìm hiểu các hoạt động của nơi thực tập ( Chức năng ,nhiệm vụ, cơ cấu tổ chức,vv…) Tìm hiểu các thiết bị, hệ thống đolường,điều khiển số ,tự động hoá sản xuất công nghiệp. Tham gia trực tiếp vào các hoạt động của nơi thực tập ( Hội thảo khoa học, thiết kế, vận hành , bảo dưỡng , sửa chữa hệ thống điện như hệ thống truyền động điện, các thiết bị điện tử , máy điện , máy thuỷ lực, máy nén khí vv…và phong trào văn nghệ ,thể dục thể thao.) Đi sâu tìm hiểu cụ thể một thiết bị hoặc một hệ thống điều khiển tân tiến nhất ở nơi thực tập. Tìm hiểu chức trách kỹ sư tự động hoá ở nơi thực tập. NỘI DUNG BÁO CÁO THỰC TẬP - Nội dung 01: Thiết kế chế tạo bộ nguồn tự động ổn định điện áp và hạn chế dòng điện. - Nội dung 02: Xây dựng mạch đo và điều khiển dòng điện, điện áp trong các hệ thống điện tử công suất trên cơ sở biến đổi ADC ICL 7135. - Nội dung 03: Xây dựng mạch điều khiển chỉnh lưu Thyristor thực hiện ổn dòng trên cơ sở IC điều chế pha xung TCA 785. - Nội dung 04: Ứng dụng PLC xây dựng các hệ điều khiển cho truyền động điện và điều khiển công nghiệp. - Nội dung 05: Giới thiệu về biến tần vào logo. NỘI DUNG THỰC TẬP SỐ 01 THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ NGUỒN TỰ ĐỘNG ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP VÀ HẠN CHẾ DÒNG I. Giới thiệu chung -Tìm hiểu về phần mềm thiết kế mạch Protel DXP 2004. -Tìm hiểu về bộ nguồn ổn áp và hạn chế dòng. -Thiết kế lắp ráp mạch đạt yêu cầu đặt ra. II. Tiến hành 2.1 Giới thiệu phần mềm Protel DXP 2004 Phần mềm Protel DXP 2004 là một phần mềm mạnh phục vụ thiết kế mạch điện tử.Phần mềm này là một công cụ hữu ích và cần thiết cho học viên các nghành điện-điên tử và điều khiển trong học tập và trong công tác.DXP(Design Explorer-Trình duyệt thiết kế) là một hệ thống thiết kế mạch điện tử hoàn thiện 32 bit trên nền Windows 2000 và Windows XP. Nó là một môi trường phát triển tích hợp,cung cấp hang loạt các công cụ thiết kế mạnh. Khi tạo ra các trang văn bản thiết kế,ta có thể dễ dàng chuyển đổi giữa các trình soạn thảo , ví dụ giữa các trình soạn thảo sơ đồ mạch và trình soạn thảo mạch in PCB.Trình duyệt sẽ thay đổi các thanh công cụ và các menu tuỳ theo trình soạn thảo mà ta đang làm việc .Tên của các panel được hiển thị ở góc bên phải không gian làm việc. Ta có thể click vào tên của các panel để mở chúng và có thể di chuyển các panel để tạo giao diện làm việc theo ý muốn. 2.2. Thiết kế chế tạo mạch nguồn ổn định điện áp và hạn chế dòng điện Mạch nguồn được xây dựng trên cơ sở IC LM317. Đây là IC ổn áp dải rộng từ 1,2-37v với dòng điện ra tối đa 1,5 Các linh kiện chính sử dụng trong mạch như trong bảng sau: TT Ký hiệu Tên linh kiện,trị số Đơn vị tính Số lượng 1 U2 IC LM317 C 1 2 U3 Biến áp nguồn 220/8v C 1 3 VR2 Biến trở nhiều vòng 20k C 1 4 Q1 Transistor c495 C 1 5 B1 Cầu chỉnh lưu 5A C 1 6 C1 tụ hoá 1000µF C 1 7 R1,3,4,5 Điện trở 4k7;R56;R220;R470 C 4 8 Led Đèn led 5mm C 1 a. Giới thiệu IC LM317 IC LM317 có 3 chân tín hiệu Vin: Điện áp vào Vout: Điện áp ra ADJ: Chân điều khiển. + Các đặc trưng: Đảm bảo dòng ra đạt 1,5A Có thể điều chỉnh điện áp ra xuống 1,2V Dòng điện giới hạn không đổi khi nhiệt độ thay đổi. Điện áp ra trong khoảng 1,2V-1,5V. Sơ đồ nguyên lý: b.Nguyên lý hoạt động: IC LM317 chứa điện áp chuẩn trong mà đối với nó trị số điển hình là Vref =1,2V thông qua tác dụng bên trong ổn áp, điện áp đó xuất hiện trên R1 và khiến cho dòng I1 chạy qua R1 có trị số I1= (1) Dòng này cũng chạy qua R2, tuy nhiên dòng nhỏ bổ xung IADJ chạy ra từ đầu nối điều chỉnh, dòng tổng I2 qua R2 là I2= I1+ IADJ (2) điện áp V2 trên R2 là: V2= R2*I2= R2*(I1+IADJ) (3) Điện áp tổng Vout là: Vout= Vref+ V2 (4) Thế (1) vào (3) và thế biểu thức sau vào (4) ta có: Vout= Vref(1+R2/R1)+ IADJ*R2 LM317 có khả năng cung cấp hơn 1.5A trong khỏang điện áp điều chỉnh được từ 1.2_37V.Để thay đổi điện áp Vout ta thay đổi biến trở VR2 Transistor có vai trò như một khóa để hạn chế dòng qua, đồng thời cũng làm thay đổi điện áp ra. 2.3 Kết quả thu được Bộ nguồn tự động ổn định điện áp và hạn chế dòng điện thu được đã đáp ứng đúng yêu cầu về kỹ thuật và mỹ thuật - Dòng điện ra ổn định để nạp ắc quy - Dòng điện hạn chế theo yêu cầu từ 0.2A đến 2A - Khi nạp đèn led sang,khi ắc quy đầy thì ngừng nạp đèn led tắt NỘI DUNG THỰC TẬP SỐ 2 XÂY DỰNG MẠCH ĐO DÒNG ĐIỆN ,ĐIỆN ÁP TRÊN CƠ SỞ BIẾN ĐỔI ADC ICL7135 I. Yêu cầu - Tìm hiểu sơ đồ tổ chức phần cứng của mạch đo lường điện tử,điện áp xây dựng trên cơ sở ICL7135 - Lắp ráp và hiệu chỉnh mạch đo II. Tiến hành: 1. Tìm hiểu về biến đổi tương tự- số và ADC ICL 7135: Có rất nhiều các họ chuyển đổi tương tự số, loại chuyển đổi 8 bít, loại chuyển đổi 10 bít, 12 bít, 14 bít…nhưng tùy thuộc vào chức năng và độ phân giải theo yêu cầu mà chúng ta chọn các vi xử lý chuyển đổi tương tự số khác nhau. Các bộ chuyển đổi thông thường như: Max 111, Max 186… Trong nội dung này ta sử dụng ICL 7135 để thực hiện chức năng chuyển đổi tương tự số. ADC ICL 7135 là bộ biến đổi tương tự số 41/2 chữ số, đầu ra là mã BCD, đầu vào là tín hiệu điện áp đến 2V. Đây là IC dạng PDIP 28 chân, điện áp nguồn 5V, gọn và đơn giản nên được sư dụng rộng rãi trong các mạch đo số. + Các thông số đặc trưng của ICL 7135: Độ chính xác là 1 trong 20000 lần đo (trong thang đo đầy đủ là 20000V) Đảm bảo giá trị đọc 0 trùng với 0V ở đầu vào. Dòng điện rò ở đầu vào thường là 1pA. Đầu vào vi phân chính xác. Có chân Vref riêng. Mọi đầu ra tương thích với TTL. Đầu ra cho mã BCD. Có 6 đầu vào ra cho các giao diện UART, vi xử lý, các mạch ngoại vi khác. Nếu giá trị hiệu ra quá dải đo thì bộ hiện thị sẽ nháy. + Sơ đồ chân như hình sau: 2. Thiết kế mạch đo dòng, áp trên cơ sở sử dụng ADC ICL7135 a.Giới thiệu chung: Trong các dây truyền sản xuất của các nhà máy trong các hệ thống công nghiệp việc đo lường giám sát hệ thống hoạt động đặt ra vô cùng quan trọng,các thông số như dòng điện , điện áp của các phần tử luôn được cập nhật và kiểm tra vì vậy đặt ra yêu cầu thiết kế các bộ đo lường dòng điện. Các bộ đo không chỉ có tác dụng đo và hiển thị giá trị của dòng điện trong các phần tử của hệ thống mà còn sử dụng để so sánh, điều khiển hệ thống hoạt động ổn định,các số liệu đo về được lưu trong bộ nhớ. Trên thị trường có nhiều bộ đo dòng điện,mỗi loại có những đặc điểm khác nhau song chúng thường có dải đo nhất định,không kết nối trực tiếp được với máy tính,khó phối hợp cho việc điều chỉnh hệ thống.Hiện nay với việc phát triển của ky thuật vi điều khiển và các phần tử bán dẫn có thể thiết kế các bộ đo lường gọn nhẹ thụân tiện và hiệu quả,vừa sử dụng kết quả đo để hiển thị,giám sát,vừa thuận tiện sử dụng kết quả đo để điều khiển. b.Cấu trúc chung của một hệ đo số: Sơ đồ cấu trúc chung của một hệ đo số biểu diễn trên hình 2.1 Nhìn chung một hệ thống đo lường và hiển thị ứng dụng kỹ thuật số gồm các phần tử sau: -Khối nguồn:cấp nguồn cho các linh kiện đo và hiển thị. -Bộ chuyển đổi tương tự -số (ADC) -Các phần tử thực hiện thuật toán xử lý và phối hợp điều khiển. -Khối hiển thị : có thể là LED,màn hình LCD… -Các phần tử ghép nối với máy tính. Mạch phối hơp đầu vào Bộ ADC Bộ phối hợp hiển thị Khối hiển thị Khối ghép nối Hình 2.1.Cấu trúc chung của một hệ đo số 3. Mạch đo sử dụng ICL7135 3.1 Cấu trúc mạch đo Sơ đồ nguyên lý của mạch đo biểu diễn trên hình 2.2 và 2.3.Nhìn chung cấu trúc của mạch gồm các thành phần sau: - Khối nguồn Các IC trong bản mạch chỉ hoạt động hiệu quả khi được cấp nguồn nuôi ổn định đúng theo giá trị định mức,chính vì vậy cần có những bộ nguồn ổn định cung cấp cho bo mạch.Có rất nhiều phương pháp xây dựng các nguồn ,có thể sử dụng ICLM317,hay các họ 78xx,79xx…Ở đây, để phù hợp với toàn bộ các phần tử,chúng ta sẽ sử dụng IC 7805 tạo nguồn ổn áp ,sử dụng 79xx tạo nguồn ổn áp -5V.Nguồn cấp vào mạch là nguồn đối xứng 8-0-8V từ biến áp. Các tụ C 1 và C2 có chức năng lọc tín hiệu nhiễu từ đầu vào, còn C3 và C4 để lọc nhiễu đầu ra, điot cầu để chuyển dòng xoay chiều thành dòng một chiều. Bộ chuyển đổi tương tự số:ADC ICL7135 Có rất nhiều các dòng họ chuyển đổi tương tự số,loại chuyển đổi 8 bit,loại chuyển đổi 10 bit,12 bit,14 bit…Nhưng tuỳ vào chức năng và độ phân giải yêu cầu mà chúng ta chọn các vi xử lý chuyển đổi tương tự số khác nhau Các bộ chuyển đổi thông thường như:Max 110,Max 111,Max 186…Trong nội dung này chúng ta sẽ sử dụng ICL7135 thực hiện chức năng chuyển đổi tương tự số. ADC ICL7135 là bộ biến đổi tương tự -số 4 chữ số , đầu ra là mã BCD, đầu vào là tín hiệu điện áp 2V. Đây là IC dạng PDIP 28 chân, điện áp nguồn 5V,khá gọn nhẹ và đơn giản nên được sử dụng khá nhiều trong các mạch đo số. Các thông số của ICL7135 tham khảo trong datasheet kèm theo - Phần tử thực hiện thuật toán và phối hợp điều khiển Việc đo lường cần phải đảm bảo độ chính xác trong 1 dải rộng,bởi vậy trong mỗi 1 khoảng giá trị dòng điện cần phải sử dụng 1 thuật toán riêng thích hợp. Trong mạch đo này,phối hợp đầu vào có khuyếch đại thuật toán OP7 và biến trở điều chỉnh đầu vào -Khối hiển thị Chúng ta có thể sử dụng các đèn LED hay màn hình tinh thể lỏng LCD phục vụ cho mục đích hiển thị.Trong phần này ta sử dụng LED 7 đoạn để hiển thị. Đầu ra ICL7135 là mã BCD nên cần sử dụng bộ giải mã từ mã BCD sang mã 7 đoạn để hiển thị trên LED.Bộ giải mã được chọn là IC 7447 3.2 Sơ đồ và chức năng của ICL7135 Các linh kiện chính trong mạch cho trong bảng sau: TT Tên linh kiện Đơn vị tính số lượng 1 ADC ICL7135 c 1 2 LM7905,7805 c 2 3 74LS393 c 1 4 KĐTT OP7 c 1 5 Cầu chỉnh lưu 2A c 1 6 LED 7 đoạn c 1 7 Biến áp 220/8-0-8 c 4 8 Biến trở nhiều vòng 104 c 1 9 c 4 3.3 Lắp ráp và hiệu chỉnh Sau khi lắp ráp mạch,chỉnh biến trở theo tín hiệu đầu vào. Biến trở chỉnh khuyếch đại cần chỉnh để tín hiệu vào biến đổi ADC ICL7135 nằm trong khoảng 2V.Biến trở chỉnh không cần chỉnh để khi tín hiệu đo bằng 0 thì mạch đo hiển thị chính xác là 0. Sơ đồ nguyên lý NỘI DUNG THỰC TẬP SỐ 3 XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHỈNH LƯU THYRISTOR THỰC HIỆN TRÊN CƠ SỞ IC ĐIỀU CHẾ PHA XUNG I.Giới thiệu chung - Nắm được nguyên lý làm việc của thyristor - Nắm được sơ đồ mạch điều khiển chỉnh lưu thyistor thực hiện ổn dòng xây dựng trên IC điều chế pha xung TCA 785 - Lắp ráp và hiệu chỉnh mạch đạt yêu cầu II. Tiến hành -Tìm hiểu cấu tạo,nguyên lý làm việc của thyistor -Tìm hiểu nguyên lý điều chế pha xung và IC TCA785 -Tìm hiểu mạch điều khiển - Lắp ráp mạch và hiệu chỉnh mạch đạt yêu cầu 1. Xây dựng mạch điều khiển thyistor a. Cấu tạo Thyristor còn được gọi là SCR (Silicon controlled Rectifier) bộ nắn điện được điều khiển bằng chất silicium Thyristor là linh kiện bán dẫn gồm 4 lớp P – N – P – N ghép nối tiếp tạo nên ba cực anode ký hiệu A dương cực. Catode ký hiệu K âm cực và cực gate ký hiệu G là cực khiển hay cửa J1, J2, J3 là các mặt ghép P1 N1 P2 N2 ( a ) ( b ) A J1 J2 J3 A K G G K b. Nguyên lý làm việc của thyristor Để nghiên cứu sự làm việc của thyristor ta xét trường hợp Thyristor phân cực ngược J2 J3 E A P N P N K J1 Ec Điện áp ngược Ucd ia IG=0 E E A B C D Dòng áp ngược Hình 1.14 Trong trường hợp này dưới tác dụng Ec mặt ghép J1, J3 được phân cực thuận điện trường Ec này ngăn cản sự chuyển dời của lỗ trống khi chưa có điện áp uGK thì nồng độ các điện tử tự do trong lớp P2 rất bé. Khio có UGK > 0 thì vì UGK là điện áp thuận đối với J3 vì nồng độ điện tử tự do rất lớn ở lớp catot N3 cho nên số lượng lớn điện tử chuyển dịch từ N2 sang P2 Khi UGK và IG càng lớn thì số điện tự do đi qua J2 càng nhiều hàng rào điện thế trên J2 càng giảm và điện áp E cần thiết để gây ra hiện tượng dẫn điện ào ạt ở mặt ghép J2 càng bé. Khi Ia lớn hơn trị số IL nào đó (tương ứng với số điện tử tự do đủ để hiện tượng dẫn điện ào ạt lan rộng ra khắp mặt J2). Thì nếu tắt dòng điện điều khiển IG hoặc điện áp uGK thyristor vẫn tiếp tục mở trị số IL được gọi là dòng điện anot khởi động Thông thường IL = 10-3Iđm Trong đó Iđm : là dòng điện định mức của thyristor Thyristor chỉ khóa lại khi Ia nhỏ hơn trị số IH IH : là dòng điện duy trị hoặc UGK < 0 Các thông số chủ yếu của Thyristor Trị số hiện dụng định mức của dòng điện anot Iahd đó là trị số hiện dụng của dòng điện cực đại cho phép đi qua thyristor trong một thời gian dài khi thyristor mở khi khi thyristor dẫn điện thì VAK = 0,7v nên dùng điện thuận qua SCR có thể tính theo công thức RL : tải thuần trở VCC : điện áp qua thyristor Dòng điện điều khiển kích mở IGT là dòng điện điều khiển IG gây mở thyristor Điện áp ngược cực đại ungmax là điện áp giữa 2 cực A và K cho phép đặt của thyristor Điện áp rơi định mức Dua là điện áp giữa cực A và K khi thyristor mở và dòng điện bằng dòng điện định mức Thời gian phục hồi tính khóa là thời gian tối thiểu cần thiết để thyristor phục khóa hồi tính 2. Tìm hiểu nguyên lý điều chế pha xung và IC TCA785 a. Nguyên lý điều chế pha xung Điện áp vao So sánh Vi phân Mạch tạo xung răng cưa Xung nhọn UDC Xung vuông Hình 3.1.Mạch điều chế pha xung Nguyên lý hoạt động của mạch như sau:Điện áp vào là điện áp 1 chiều biến thiên được so sánh với điện áp chuẩn là xung răng cưa.Đầu ra của mạch so sánh là xung vuông có độ rộng tương ứng với gía trị điện áp vào.Qua mạch vi phân ta sẽ nhận được xung nhọn.Vị trí xung nhọn (pha xung) trong chu kỳ so sánh chính là tỷ lệ giữa giá trị biên độ điện áp vào và biên độ đỉnh xung răng cưa. b.Mạch điều khiển thyistor thực hiện ổn dòng Mạch được xây dựng trên cơ sở IC điều chế pha xung TCA785 * Vi mạch TCA 785 Vi mạch TCA 785 là một vi mạch phức hợp thực hiện bốn chức năng của một mạch điều khiển : Tề đầu điện áp đồng bộ , tạo điện áp răng cưa đồng bộ , so sánh và tạo xung ra . Đặc trưng và sơ đồ chân Đặc trưng Xác định chính xác về điểm trôi 0 Phạm vi ứng dụng lớn Có thể sử dụng như là khóa điểm 0 Thích hợp với công nghệ LSL Có thể điều khiển với mạng 3 pha nếu ta sử dụng 3 IC Dòng đầu ra là 250mA Dải dòng điện rất lớn Dải nhiệt độ lớn IC 785 là IC điều khiển pha để diều khiển thysitor, triac, transitor. Xung triger có thể thay đổi được độ rộng xung nhờ sự thay đổi góc mở từ 0o – 180o Các loại ứng dụng của IC này là thay đổi dòng điện , điều khiển dòng xoay chiều, và diều khiển dòng điện 3 pha. IC này đã ra đời cải tiến IC TCA 780 và TCA 780 D Sơ đồ chân Sơ đồ mô tả chức năng chân Chân Ký hiệu Chức năng 1 GND Đất 2 Q2 Đầu ra 2 đảo 3 Qu Đầu ra U 4 Q1 Đầu ra 1 đảo 5 VSYNC Điện áp đồng bộ 6 I Đầu ngăn cản 7 Qz Đầu ra Z 8 VREF Điện áp ổn định 9 R9 Điện trở 10 C10 Tụ điện 11 V11 Điện áp điều khiển 12 C12 Xung dư 13 L xung dài 14 Q1 Đầu ra 1 15 Q2 Đầu ra 2 16 vs Điện áp nguồn b. Mô tả chức năng: Tín hiệu đồng bộ đặt được đi qua con điện trở cao từ chân V5. Sự nhận dạng điện áp 0 xác định qua sự trôi 0 và sự dịch chuyển chúng về máy dò tín hiệu đồng bộ. Máy dò tín hiệu đồng bộ này điều khiển bộ phát, tụ diện C10 được nạp từ chân R9. Nếu tín hiệu điện áp chân V10 mà được so sánh với tín hiệu điện áp chân điều khiểnV11 thì sẽ được đưa về khối logic. Thay đổi V11 để thay đổi góc mở pha của trigger từ 0o - 180o . Ở nửa chu kỳ,1 xung dương đạt xấp xỉ 30us trong suốt quá trình ra tại đầu ra Q1 và Q2.Xung có thể được đảo ngược 1800 thông qua tụ C12.Nếu chân 12 được nối xuống đất xung ra sẽ nằm giữa góc φ và 1800. Đầu ra Q1 đảo và Q2 đảo cung cấp tín hiệu ngược cho Q1 và Q2 Một tín hiệu(φ+1800) có thể được sử dụng để điều khiển mức logic có giá trị tại chân 3.Một tín hiệu phản hồi từ cổng NOR nối với Q1 và Q2 có giá trị ra QZ(chân 7). Tín hiệu đặt vào có thể được sử dụng để triệt tiêu tín hiệu ra Q1,Q2 và Q1 đảo,Q2 đảo. Chân 13 có thể được sử dụng để làm phẳng tín hiệu ra Q1 đảo và Q2 đảo với độ lớn của xung (1800 – φ). Sơ đồ xung IC TCA 785 Tham số tới hạn: Giá trị đo Ký hiệu Giá trị tới hạn Đơn vị Nhỏ nhất Lớn nhất Điện áp nguồn Vs -0.5 18 V Dòng đầu ra tại chân 14,15 IQ -10 400 mA Điện áp chặn Điện áp điều khiển Điện áp ngắn mạch xung V6 V11 V13 -0.5 -0.5 -0.5 Vs Vs Vs V V V Dòng điện vào đồng bộ V5 -200 ±200 μA Điện áp ra tại chân 14,15 VQ Vs V Dòng ra tại các chân 2,3,4,7 IQ 10 mA Điện áp ra tại các chân 2.3.4.7 VQ Vs V Nhiệt độ mặt ghép Nhiệt độ lưu Tj Tstg -55 150 125 0C 0C Hệ thống nhiệt điện trở,không khí Rth SA 80 K/W Dải hoạt động: Điện áp nguồn Vs 8 18 V Tần số hoạt động f 10 500 Hz Nhiệt độ TA -25 85 oC Đặc điểm: 8 ≤ Vs ≤ 18V ; -25 oC ≤ TA ≤ 85 oC f = 50 Hz 3. Sơ đồ nguyên lý của mạch biểu diễn Tìm hiểu sơ đồ nguyên lý của mạch biểu diễn thyistor trên TCA785 -Tín hiệu từ dòng điện 220v qua biến áp ,qua điot thành dòng 1 chiều qua MC 782ACT được điện áp 12V. -Điot D1,D11 chỉnh lưu biến đổi nguồn xoay chiều thành 1 chiều -Điot D2 và D3 mắc ngược nhau nối đất tạo ra điện áp hạn chế đưa vào chân 5 -Điot D7 và D5 đảm bảo đưa tín hiệu dòng vào chân G -Triết áp R15 điều chỉnh điện áp xung răng cưa -ULN 2803 có vai trò cách li và khuyếch đại 1 phần tín hiệu -Điểm số 1 đấu với cực G *Các linh kiện trong phần mạch nguồn -2 điot D1 và D2 -3 tụ hóa 35V 220µF có tác dụng để lọc nhiễu -2 tụ thường 104 -IC7812 -1 điện trở 10k -1 đèn LED NỘI DUNG THỰC TẬP SỐ 4 ỨNG DỤNG PLC XÂY DỰNG CÁC HỆ ĐIỀU KHIỂN CHO TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN VÀ ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP I. Giới thiệu chung 1.Yêu cầu: Nắm chắc: - Các thành phần cơ bản của một hệ thống PLC. - Cấu trúc các đầu vào/ra số của PLC. - Cách ghép nối các đầu vào/ra số với ngoại vi nhập/xuất. - Cấu trúc cơ bản của một chương trình viết cho PLC dựa trên các ngôn ngữ lập trình bằng phần mềm Step7. - Cách viết một chương trình đơn giản, download và thực hiện chương trình. 2. Mô hình hệ thống PLC điều khiển truyền động điện và điều khiển công nghiệp trong bài thực tập: - Hệ thống PLC điều khiển ĐCKĐB xoay chiều 3 pha: ; Lưới điện 3~ PC/PPI 3. Giới thiệu PLC S7- 200: Sơ đồ cấu trúc chung một trạm PLC: Một trạm PLC thông thường bao gồm 5 thành phần chính: CPU: thực hiện chương trình và lưu trữ dữ liệu cho việc điều khiển các bài toán tự động hoá. Bộ nguồn (PS): cung cấp điện áp cho CPU và các modul. Modul vào/ra: Cổng truyền thông: kết nối CPU với thiết bị lập trình hoặc các thiết bị khác. Đèn báo hiệu: stop, run, I/O,..vv a) Cấu hình phần cứng: S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của hãng Siemens, có cấu trúc theo kiểu modul và có các modul mở rộng. Thành phần cơ bản của S7-200 là khối vi xử lý trung tâm CPU212 hoặc CPU214. + Thành phần và tính năng kỹ thuật của CPU 214: - Bộ nhớ chương trình: 4Kbyte/EEPROM. - Bộ nhớ dữ liệu: 4Kbyte/RAM - Số đầu vào/ra: 14/10. - Số modul mở rộng cực đại: 7 - Số bộ định thời: 128. - Số bộ đếm: 128. - Số bộ điều chỉnh tương tự: 2. - Toàn bộ vùng nhớ không bị mất dữ liệu trong khoảng thời gian 190 giờ khi PLC bị mất nguồn nuôi + Đặc trưng đầu vào: - Kiểu đầu vào: DC - Trạng thái ON: 15-30VDC, dòng nhỏ nhất là 4mA; định mức là 24VDC, 7mA - Trạng thái OFF: cực đại là 5VDC, 1mA - Thời gian đáp ứng cực đại: I0.0 I1.5: có thể lựa chọn trong khoảng 0,2 8,7 (ms). I0.6 I1.5: sử dụng cho HSC1 và HSC2: 30 70() + Đặc trưng đầu ra: - Kiểu đầu ra: Rơle - Điệp áp: 530VDC/250VAC - Dòng tải cực đại: 2A/điểm và 8A/đầu chung. - Thời gian trễ chuyển mạch: cực đại là 10ms Nguồn cung cấp: 85264VAC; 4763 Hz. Nguồn sensor: 20,428.8VDC. b) Cấu trúc bộ nhớ: Bộ nhớ S7-200 được chia thành 4 vùng với một tụ có nhiệm vụ duy trì dữ liệu trong một khoảng thời gian nhất định khi mất nguồn. EPROM Vùng nhớ ngoài Chương trình Chương trình Chương trình Tham số Tham sè Tham sè D÷ liÖu D÷ liÖu D÷ liÖu Đối tượng - Vùng chương trình: là vùng nhớ đọc/ghi được sử dụng để lưu các lệnh chương trình. - Vùng tham số: là vùng nhớ đọc/ghi được sử dụng để lưu các tham số như: từ khóa, địa chỉ trạm… - Vùng dữ liệu: Vùng nhớ được sử dụng để cất các dữ liệu của chương trình bao gồm các kết quả của phép tính, hằng số được định nghĩa ở trong chương trình… - Vùng I ( Input image register) : Vd: I (đọc /ghi ) : I.O - I.7 - Vùng Q (Output image register ): Vd: Q (đọc /ghi ) : Q.O - Q.7 - Vùng M (Internal Memory bits ): Vd: M (đọc /ghi ) : M.O - M.31 - Vùng V (Variable memory ): Vd: V (đọc /ghi ) : V.O - V.4095 - Vùng SM ( Special memory ): chia làm 2phần Vd: SMO - SM29 chỉ đọc; SMO - SM85 chỉ ghi - Vùng đối tượng: Timer, bộ đếm tốc độ cao và các cổng vào/ra tương tự được đặt trong vùng nhớ cuối cùng. - Timer (bộ định thì ): Đọc /ghi T0 - T127 - Counter (bộ đếm ) : Đọc /ghi C0 - C 127 - Bộ đệm vào analog (đọc) : AIW0 - AIW30 - Bộ đệm ra analog (ghi) : AQW0 - AQW30 - Accumulator (thanh ghi) : AC0 - AC3 - Bộ đếm tốc độ cao : HSCO - HSC2 Tất cả các miền này đều có thể truy nhập được theo từng bit, từng byte, từng từ đơn (word - 2byte), từ kép (Doudble word ) c) Thực hiện chương trình: PLC thực hiện chương trình theo chu kỳ lặp. Mỗi vòng lặp được gọi là một vòng quét (scan). Mỗi vong quét được bắt đầu bằng giai đoạn đọc dữ liệu từ các cổng vào vùng bộ đệm ảo, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình. Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn thực hiện truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi. Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn chuyển các nội dung của các bộ đệm ảo tới các cổng ra. II. Nội dung thực tập BÀI 1: XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU 3 PHA + Yêu cầu: Nắm được mô hình tổ chức hệ thống PLC điều khiển động cơ KĐB xoay chiều 3 pha. Thực hiện lắp ráp hệ và ghép nối hệ thống. Viết chương trình điều khiển hệ thống PLC. Nạp chương trình và chạy thử hệ thống. + Các phần tử có trong hệ thống: Gồm: 1 máy tính cá nhân PC, 1 cáp chuyển đổi RS232/RS485, 1 PLC S7-200, 3 rơle, 3 công tắc tơ, 1 aptomat, 1 động cơ KĐB xoay chiều 3 pha, 1 panel thí nghiệm PLC va dây nối. + Trình tự thực hiện: thiết kế sơ đồ nguyên lý và sơ đồ điều khiển của mạch Bài toán : Hệ thống đợi 5 s, sau đó khởi động dộng cơ KDB bằng sơ đồ hình sao trong khoảng thời gian 5 s, rồi chuyển đổi sang chạy động cơ bằng sơ đồ đấu nối tam giác trong khoảng thời gian 5 s ,chạy đảo chiều trong khoảng thời gian 10 s , hệ thống tự động chạy 3 lần thì dừng hệ thống T RT N N Y T RN RY R Y 41 42 9 5 5 5 5 2 Viết chương trình điều khiển Từ yêu cầu của bài toán đặt ra, chương trình điều khiển động cơ KDB xoay chiều ba pha trên PLC S7 200 được viết trên phần mềm Step 7 như sau: 3 . Lắp ráp hệ thống: Ghép nối toàn bộ các phần tử của hệ thống theo đúng sơ đồ nguyên lý , sơ đồ điều khiển và sơ đồ đấu dây với đầu ra PLC ở trên 4 . Ghép nối hệ thống với PC , nạp và chạy chương trình : Nối ghép CPU 214 của S7 200 với máy tính thông qua cáp PC/PPI , bật công tắc chế độ trên CPU về vị trí STOP . Biên dịch chương trình và nạp chương trình từ PC xuống CPU 214 . Đấu nối các đầu vào / ra CPU 214 : Các dây tín hiệu cũng như dây nguồn cung cấp cho CPU 214 . Sau khi kiểm tra, bật công tắc chế độ trên CPU về vị trí RUN và chạy chương trình BÀI 2 : XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐÈN CHẠY . Bài toán : Tất cả các đèn sáng (3s) ® tất cả các đèn tắt (3s) ® 4 đèn xanh sáng (3s) ® 4 đèn vàng sáng (3s) ® 4 đèn đỏ sáng (3s) ® tất cả các đèn tắt (3s) ® lặp lại . Viết chương trình điều khiển Từ yêu cầu của bài toán đặt ra , chương trình điều khiển đèn chạy được viết trên PLC S7 200 được viết trên phần mềm Step 7 như sau : BÀI 3: ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY Yêu cầu bài toán: Khi gọi tầng 1 (I0.0), đèn Q0.1 sáng trong 5s rồi tắt. Khi gọi tầng 2 (I0.1), đèn Q0.2 sáng trong 5s rồi tắt. Khi gọi tầng3 (I0.2), đèn Q0.3 sáng trong 5s rồi tắt. Khi gọi tầng4 (I0.3), đèn Q0.4 sáng trong 5s rồi tắt. Khi gọi tầng 5 (I0.4), đèn Q0.5 sáng trong 5s rồi tắt. Khi ấn chuông I1.0, sau 5s Q1.0 sáng Khi ấn đèn báo I1.1, sau 5s Q1.1 sáng. Khi các cửa tầng đóng lại (I0.6) thì tất cả các đèn tầng đều sang Khi ấn nút mở cửa I0.7 thì tất cả các đèn tầng đều tắt. Từ yêu cầu của bài toán đặt ra , chương trình điều khiển đèn chạy được viết trên PLC S7 200 được viết trên phần mềm Step 7 như sau : NỘI DUNG THỰC TẬP SỐ 4 GIỚI THIỆU VỂ BIẾN TẦN VÀ LOGO I . BIẾN TẦN SINAMICS G110 Ngày nay, tự động hóa trong công nghiệp và việc ổn định tốc độ động cơ đã không còn xa lạ gí với ngững người đang công tác trong lĩnh vực kỹ thuật . Biến tần là một trong những thiết bị hỗ trợ đắc lực nhất trong việc ổn định tốc độ và thay đổi tốc độ động cơ một cách dễ dàng nhất mà hầu hết các xí nghiệp đang sử dụng. Cài đặt thông số nhanh với các thanh ghi P0010 Cài đặt thông số 0 Sẵn sàng 1 Cài đặt nhanh 30 Cài đặt tại nhà máy P0100 Tiêu chuẩn Châu Âu/ Bắc Mỹ (nhập tần số cơ sở của động cơ ở chế độ mặc định và các giá trị cài đặt công suất hp/kW) 0 Châu Âu [KW], tần số mặc định 50Hz 1 Bắc Mỹ [hp], tần số mặc định 60Hz 2 Bắc Mỹ [kW], tần số mặc định 60Hz P0304 Điện áp định mức động cơ (Điện áp định mức [V] ghi trên nhãn của động cơ) Điện áp định mức ghi trên nhãn phải được kiểm tra, từ đó biết được cấu hình mạch Y/∆ để đảm bảo phù hợp với cách nối mạch trên bảng đầu nối của động cơ. P0305 Dòng điện định mức của động cơ Dòng điện định mức [A] ghi trên nhãn của động cơ. P0307 Công suất định mức của động cơ (Công suất định mức [kW/hp] ghi trên nhãn của động cơ. P0310 Tần số định mức động cơ (Tần số định mức của động cơ tính theo [Hz] ghi trên nhãn) Số đôi cực được tự động tính toán lại nếu thông số thay đổi. P0311 Tốc độ định mức động cơ (Tốc độ định mức của động cơ tính theo [rpm] ghi trên nhãn) Cài đặt là 0, giá trị tự được tính toán CHÚ Ý: Để bù độ trượt, giá trị đầu vào là hoàn toàn cần thiết. P0700 Chọn nguồn lệnh (nhập nguồn lệnh) 0 Cài đặt mặc định 1 BOP (bàn phím) 2 Đầu nối 5 USS P1000 Lựa chọn điểm đặt tần số P1000 1 Điểm đặt MOP 2 Điểm đặt tương tự 3 Tần số cố định 5 USS P1080 Tần số nhỏ nhất (nhập tần số nhỏ nhất cho động cơ, đơn vị Hz) Đặt tần số động cơ nhỏ nhất tại đó động cơ sẽ chạy mà không tính đến tần số đặt. Giá trị được cài đặt ở đây có tác dụng cho cả quay thuận và quay ngược P1082 Tần số lớn nhất (nhập tần số lớn nhất cho động cơ, đơn vị Hz) Đặt tần số động cơ lớn nhất tại đó động cơ sẽ chạy mà không tính đến tần số đặt. Giá trị được cài đặt ở đây có tác dụng cho cả quay thuận và quay ngược. P1120 Thời gian tăng tốc (nhập thời gian tăng tốc, đơn vị s) Thời gian tăng tốc là thời gian để động cơ tăng tốc từ điểm dừng đến điểm có tần số lớn nhất (P1082) khi không dùng phương pháp tăng tốc có dạng đường cong. P1121 Thời gian giảm tốc (nhập thời gian giảm tốc, đơn vị s) Thời gian giảm tốc là thời gian để động cơ giảm tốc từ điểm có tần số lớn nhất (P1082) đến điểm dừng khi không dùng phương pháp giảm tốc có dạng đường cong. P3900 Kết thúc quá trình cài đặt thông số nhanh ( bắt đầu quá trình tính toán động cơ) 0 Không ở chế độ cài đặt thông số nhanh (không có quá trình tính toán động cơ) 1 Bắt đầu quá trình cài đặt nhanh với việc cài đặt lại các cài đặt khác. 2 Bắt đầu quá trình cài đặt nhanh với việc cài đặt lại các cài đặt I/O. 3 Bắt đầu quá trình cài đặt nhanh không cài đặt lại các cài đặt khác.  Bài tập ứng dụng Logo Điều khiển động cơ 3 pha roto lồng sóc từ BOP ( bàn phím ) Với các thông số sau : f = 50 Hz, Uđm = 220/380V D/U Pđm = 0.6 KW , Iđm = 2.8 A RESET BIẾN TẦN P0010 = 30 P0970 = 1 1 . Cài đặt thông số nhanh từ BOP Bắt đầu P0010 = 1 Cài đặt nhanh P0100 = 0 Châu Âu [KW], tần số mặc định 50Hz P0304 = 220 V - Điện áp định mức P0305 = 2.8 A - Dòng điện định mức P0307 = 0.6 KW - Công suất định mức P0310 = 50 Hz - Tần số định mức P0311 = 1440 V/p - Tốc độ định mức P0700 = 1 P1000 = 1 P1080 = 0.5 Hz P1082 = 50 Hz P1120 = 10s P1121 = 10s P3900 = 3 Kết thúc 2 . Các cài đặt cụ thể cho dạng tương tự Đầu vào số Các đầu nối Thông số Chức năng Nguồn lệnh 3,4,5 P0700 = 2 Đầu vào số Nguồn điểm đặt 9 P1000 = 2 Đầu vào tương tự Đầu vào số 0 3 P0701 = 1 ON / OFF (I/O) Đầu vào số 1 4 P0702 = 12 Đảo chiều Đầu vào số 2 5 P0703 = 9 Xóa lỗi (Ack) Phương pháp điều khiển - P0727 = 0 Điều khiển theo tiêu chuẩn Siemens Cách cài đặt tương tự như từ BOP P0700 = 2 P1000 = 2 Cách nối dây cho dạng tương tự Các đầu vào Các đầu nối Thông số Chức năng Nguồn lệnh 8, 9 P0700 = 5 Thông qua giao thức USS Nguồn điểm đặt P1000 = 5 Đầu vào tần số qua giao thức USS Địa chỉ USS P2011 = 0 Địa chỉ USS = 0 Tốc độ baud USS P2010 = 6 Tốc độ baud USS = 9600 bps Độ dài USS -PZD P2012 = 2 Hai từ có độ dài 16 bit PZD trong mỗi lần truyền dữ liệu theo kiểu USS 3 . Các cài đặt cụ thể cho dạng USS Các đầu nối dạng USS Một ví dụ về đầu nối bus II . GIỚI THIỆU VỀ LOGO 1. Cách nhận dạng LOGO: Trước khi sử dụng một LOGO, ta phải biết một số thông tin cơ bản về sản phẩm như cấp điện áp sử dụng, ngõ ra là dạng relay hay transistor… Các thông tin cơ bản đó có thể tìm thấy ngay ở góc dưới bên trái của sản phẩm . Ví dụ : LOGO ! 230RC LOGO : Tên sản phẩm 230 : Điện áp cấp 115…240 VAC/DC R : Ngõ ra là relay C : Sản phẩm có tích hợp các hàm thời gian thực Moät soá kí hieäu duøng ñeå nhaän bieát caùc ñaëc tính cuûa saûn phaåm: • 12: nguoàn cung caáp laø 12 VDC • 24: nguoàn cung caáp laø 24 VDC • 230: nguoàn cung caáp trong khoaûng 115…240 VAC/DC • R: ngoõ ra laø relay. Neáu doøng thoâng tin khoâng chöùa kí töï naøy nghóa laø ngoõ ra cuûa saûn phaåm laø transistor • C: saûn phaåm coù tích hôïp caùc haøm thôøi gian thöïc. • o: saûn phaåm khoâng coù maøn hình hieån thò. • DM: Modul digital. • AM: modul analog. • CM: modul truyeàn thoâng. 2. Ví dụ : Chuông báo giờ trong trường học Yêu cầu : Chuông báo giờ hoạt động 3 lần trong ngày: đầu buổi học , giữa buổi học và cuối buổi học . Mỗi lần hoạt động khoảng 2 giây. Chuông chỉ hoạt động từ thứ hai đến thứ sáu trong tuần. Ngõ Q1 được dùng để điều khiển chuông . Chương trình : KẾT LUẬN Thông qua những tài liệu và bài giảng lý thuyết trên lớp cũng như những giờ thực hành được tiếp xúc trực tiếp với trang thiết bị máy móc giúp em nắm vững được những kiến thức cơ bản và có cái nhìn trực quan hơn về nguyên lý hoạt động của các hệ thống như: Động cơ KĐB, Contactor, Rơle, PLC, Biến tần, Logo. Từ đó giúp chúng em có khả năng tư duy về thiết kế chế tạo, biết đấu nối, có tư duy lập trình nói chung và lập trình cho PLC nói riêng ... là hành trang để em tự tin hơn khi ra trường cũng như công việc về sau của mình. Hướng phát triển: Ứng dụng PLC thiết kế và điều khiển hệ thống chuyển đổi nguồn tự động (ATS). Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn nhiệt tình của các Thầy cô trong khoa Kỹ thuật điều khiển đã tạo điều kiện thuận lợi giúp em hoàn thành quá trình thực tập vừa qua. Tài liệu tham khảo 1. Tự động hóa với Simatic S7-200 Nguyễn Doãn Phước, Phạm Xuân Minh - Nhà xuất bản KHKT. 2. Ứng dụng PLC Siemens và Moelller trong tự động hóa Nguyễn Tấn Phước – Nhà xuất bản TP Hồ Chí Minh. 3. Các tài liệu hướng dẫn thực tập của các thầy giáo trong bộ môn Kỹ thuật điện - Khoa Kỹ thuật điều khiển – Học viện Kỹ thuật Quân sự