Nội dung

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ------ NHÓM 17 BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN:KĨ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ GVHD: TS Lê Quang Đức Nhóm : 17 SVTH : Nguyễn Đình Thắng Nguyễn Văn Dũng Nguyễn Ngọc Việt ĐỀ TÀI : Page 1 Master Slave : Hai dây chuyền chạy nối tiếp cần ổn định tốc độ, trong đó dây chuyền 1 có tốc độ gấp 2 lần dây chuyền 2. Động cơ 1 có công suất 15 HP, hộp số 1/20, Động cơ 2 có công suất 6 HP, hộp số 1/20. Điều khiển chạy tới, chạy lui, thay đổi tốc độ, bảo đảm tỷ lệ tốc độ 2/1 của hai dây chuyền. Nếu động cơ 1 dừng thì động cơ 2 cũng dừng theo. Nếu 1 trong hai băng chuyền bị kẹt thì cả hai băng chuyền đều dừng lại. Biến tần dùng encoder điều khiển vòng kín tốc độ động cơ. Yêu cầu: Điều khiển ổn định tốc độ 2 băng chuyền bảo đảm tỷ lệ 2/1. Biến tần dùng hãng Rockwell thiết bị đóng cắt hãng simen I. Tìm hiểu chung. 1. Đặt vấn đề. Một hệ thống dây chuyền sản phẩm trong một nhà máy thường có nhiều dây chuyền chạy nối tiếp nhau nhưng có dây chuyền chạy nhanh có dây chuyền chạy chậm để đảm bảo tính kinh tế, tiết kiệm và năng suất thì ta phải dùng biến tần điều khiển tốc độ các động cơ. Mô tả đối tượng Yêu cầu đặt ra: Momen không đổi khi thay đổi tốc độ Băng chuyền có đặc tính làm việc dài hạn Đồng bộ tốc độ , với tốc độ của dây chuyền 1 gấp đôi dây chuyền 2 Page 2 Ổn định tốc độ. 1. Giải pháp . Dùng 2 biến tần điều khiển tốc độ 2 động cơ. Một biến tần là master và một biến tần là slave. Biến tần Master điều khiển tốc độ động cơ thứ nhất và xuất ra tín hiệu điều khiển động cơ biến tần Slave. Biến tần 2 sẽ điều khiển động cơ 2 chạy theo tốc độ của động cơ 1 theo tỷ lệ 2:1.  Có nhiều cách để thiết lập tốc độ tỷ lệ 2:1 như xuất tín hiệu output Analog của biến tần master sang input Analog biến tần slave, hoặc dùng encoder gắn vào động cơ master , sau đó lấy tín hiệu phản hồi của encoder đưa vào ngõ vào đọc xung (pulse) của biến tần slave, ở biến tần rockwell thì lắp thêm card encoder để giải mã xung vào biến tần slave, tín hiệu đọc xung này sẽ là speed reference cho biến tần slave. Page 3 Ở đây nhóm chọn theo cách dùng encoder có card encoder vì cách này cho kết quả chính xác hơn là xuất analog output cho slave, vì tốc độ đọc này là tốc độ thật của động cơ master. Page 4 II. Chọn thiết bị 1. Động cơ 1 ( Master ) Mục đích : Kéo băng tải 1 hoạt động Yêu cầu : Hoạt động ở chế độ dài hạn , phù hợp với máy sản xuất là băng chuyền ( trang 12/1023 ) Công suất 15Hp ( 11.25 kW ) nên nhóm quyết định chọn động cơ có công suất 15kW. Chọn động cơ LA160L4PE của hãng Siemens (catalog trang 926/1013) Phù hợp với máy sản xuất là băng chuyền Page 5 Thông số : Công suất định mức : 15 kW Số cực : 4 Tốc độ định mức : 1460 Dòng điện định mức : 28A Moment : 98 Nm Điện áp : 400V Hệ số công suất : 0.86 Tần số 50 Hz 1.1 Hộp số 1: Mục đích : Giảm tốc , tăng momen ra cuối trục hộp số. Yêu cầu : Tỉ lệ hộp số 1/20 phù hợp công suất động cơ 15kW Chọn loại Z.88 – LA160ZLP4E , tích hợp theo động cơ.( trang 132/1013) Tỉ lệ hộp số : 1/20.81 Tốc độ khi qua hộp số : 70 rpm Moment phía cuối trục hộp số : 2042 Nm Page 6 2. Động cơ 2 ( Slave ) Mục đích : Kéo băng tải 2 hoạt động Yêu cầu : Hoạt động ở chế độ dài hạn.( trang 12 ) công suất 6Hp ( 4,5 kW ) nên nhóm quyết định chọn động cơ có công suất 5,5kW. Chọn động cơ LA132SP4E của hãng simen (catalog trang 926/1023 ) Page 7 Thông số : Công suất định mức : 5.5kW Số cực : 4 Tốc độ định mức : 1455 Dòng điện định mức : 10.8A Moment : 36.1 Nm Điện áp : 400V Hệ số công suất : 0.84 2.1 Hộp số Mục đích : Giảm tốc , tăng momen ra cuối trục hộp số. Yêu cầu : Tỉ lệ hộp số 1/20 phù hợp công suất động cơ 5.5kW Chọn loại Z.88 – LA132SP4E , tích hợp theo động cơ.( trang 116/1023 ) Tỉ lệ hộp số : 1/20.81 Tốc độ khi qua hộp số : 69 rpm Moment phía cuối trục hộp số : 756 Nm Page 8 III. Chọn thiết bị chính : 1. Biến tần : ( trang 6/40 ) Mục đích : Điều khiển động cơ hoạt động. Yêu cầu : Phù hợp với dòng điện và công suất 2 động cơ là 15kW và 5,5kW. Điện áp 400V Điều khiển vector Tần số 50Hz Có khả năng đọc xung encoder Với yêu cầu trên nhóm chọn 2 biến tần của hãng Rockwell như sau: Page 9 Biến tần Master: Model Công suất D027A0AYNANA0 15kW Dòng điện định mức 30A Điện áp đầu vào định mức 400V Tần số định mức 50Hz Biến tần Slave : Model D011A0AYNANA0 Công suất 5.5kW Dòng điện định mức 11.5A Điện áp đầu vào định mức 400V Tần số định mức 50Hz 2.Phụ kiện kèm theo biến tần : 2.1 Điên trở hãm : ( trang 8/40 ) Yêu cầu: Do hệ thống có đảo chiều động cơ và thay đổi tốc độ nên cần có điện trở hãm Chọn điện trở hãm đi kèm theo tùy chọn của biến tần : Page 10 Thông số kỹ thuật: Loại cho biến tần Master : Giá trị điện trở : 62 ohm Loại cho biến tần Slave : Giá trị điện trở : 115 ohm Page 11 2.2 Chọn line reactors ( trang 108/123 ) +Mục đích : Lọc sóng hài trong biến tần +Theo chỉ dẫn biến tần ta chọn với loại 700 công suất 15 kw ta chọn Input Line Reactor : loại 1321-3R35-B Output Reactor: loại 1321-3R25-B Theo chỉ dẫn biến tần ta chọn với loại 700 công suất 5.5 kw ta chọn Input Line Reactor : loại 1321-3R12-B Output Reactor: loại 1321-3R12-B Page 12 2.3 Chọn EMC : Dùng để ngăn sóng cao tần đi theo đường dây và giảm tác hại của sóng từ, nhiễu điện từ. Chọn theo khuyến cáo của biến tần : ( tr20/44) 2.2 Chọn Encoder , card encoder. Encoder. Mục đích : Dùng để đo tốc độ động cơ , lấy tín hiệu tốc độ đưa vào biến tần slave làm tốc độ tham chiếu cho động cơ 2 , đảm bảo tỷ lệ 2:1. Yêu cầu: Việc lấy tín hiệu phản hồi từ một một máy phát xung (Encoder) gắn cứng với trục của động cơ cho phép hạn chế được ảnh hưởng của nhiễu do tín hiệu phản hồi là tín hiệu số. Tuy phương pháp này có nhược điểm là độ phân giải của Encoder phải đủ lớn để đo được tốc độ thấp một cách chính xác nhưng cũng phải đủ nhỏ để phù hợp với khả năng của biến tần. Chọn loại E6B2-CWZ1X Rotary của hãng OMRON ( trang 2,3/5 ) Page 13 Page 14  Card Encoder ( trang 10/40 ) Ðể xử lí duợc tín hiệu từ encorder hồi về biến tần ta phải có card dể kết nối giữa encorder và biến tần . Theo catalog biến tần ta chọn loại 20B-ENC-1  Vị trí và sơ đồ chân đấu nối của encoder : ( trang 35/90 , 79/90 ) Page 15 Page 16 Page 17  Cáp Encoder: - Để kết nối Encoder với card encoder biến tần Dựa vào catalog biến tần ta chọn cáp nối từ encoder đến biến tần loại có tiết diện 0.75 mm2. Page 18 3. Thiết bị bảo vệ và thiết bị điều khiển. 3.1CONTACTOR. . Mục đích : Điều khiển cấp điện cho mạch động lực. Dựa theo catalog biến tần: ( Trang 35/44 ) Theo catalog model Biến tần Powerflex 700 -5.5kw chọn contactor có nhãn hiệu 3TF32 hãng simen (Catalogue contactor (trang 3/25) Page 19 Theo catalog model Biến tần Powerflex -15kw chọn contactor có nhãn hiệu 3TF34 hãng simen. (Catalogue contactor (trang 4/25) Điện áp cách điện Dòng định mức Điện áp định mức Điện áp cuộn coil 3TF32 690V 16A 380-440V 3TF34 690V 32A 380-440V (0.8 – 1.1)VAC 3.1 MCCB. Mục đích : Bảo vệ quá tải và ngắn mạch cho mạch động lực. Theo khuyến cáo của biến tần ta chọn loại Chọn MCCB= 1,5 dòng biến tần Dựa theo catalog biến tần ta chọn MCCB như sau : Dòng cấp qua cho biến tần master là 50A, slave là 20A Page 20 Chọn loại 3VT1 hãng simen : ( trang 6/12 ) Biến tần Master Hãng sản xuất Loại Số cực Dòng định mức Dòng ngắn mạch Số lần đóng cắt III.2 Biến tần Slave MCCB simen 3VT1 3 50A 25kA 20A 25kA 20000 lần MCB cho mạch điều khiển: Mục đích :Bảo vệ quá tải và ngắn mạch cho mạch điều khiển Do mạch điều khiển các thiết bị tiêu thụ dòng không nhiều (5 bóng led và 7 relay ) có dòng gần 1A , nên nhóm chọn: Dòng định mức 1.6A Dòng ngắn mạch 6kA Điện áp 230VAC Số lần đóng cắt: 8000 lần. Số cực : 2 Page 21 4.1 Cable Mục đích : Truyền tải điện và kết nối các thiết bị với nhau.  cable cho mạch động lực. Ta có thể áp dụng công thức sau để tính tóan một cách gần đúng để tính cáp I S= J Trong đó: - S: là tiết diện dây dẫn, tính bằng mm2 - I: là dòng điện chạy qua mặt cắt vuông, tính bằng Ampere (A) - J: là mật độ dòng điện cho phép (A/mm2) Mật độ dòng điện cho phép của dây đồng J~ 3.1A/mm2 Mật độ dòng điện cho phép của dây nhôm J~ 1.8A/mm2  Ta có I = 50 A,chọn theo dòng MCCB chọn dây dẫn lõi 2 bằng đồng nên j~ 3.1 A/ mm S 50 16,1mm2 3,1 Tính tương tự cho biến tần slave , I = 20A , J = 3.1 A/mm2 S 20 6, 45mm 2 3,1 Page 22 Thông số kỹ thuật : ( trang 11/28 day va cap ) Hãng sản xuất: LIOA Cáp vào biến tần Master: 4 lõi, tiết diên 25mm2 Cáp vào biến tần Slave : 4 lõi tiết diện 10mm2  Cable cho mạch điều khiển Ta có Imạch điều khiển và nguồn encoder = 1.6 (A) chọn dây dẫn lõi bằng đồng nên J = 3,1A/mm2 I 1.6 S = J = 3,1 = 0.5 (mm2 )  Ta phải chọn loại dây dẫn có tiết diện > 0.5 mm2 Page 23 Cáp vào mạch điều khiển: 1 lõi tiết diện 1.5mm2 Thông số kỹ thuật : (trang 8/28 day va cap ) Hãng sản xuất: LIOA 4.2 Relay Là thiết bị đóng cắt dùng cho mạch điều khiển : (trang 2,3/34) Chọn loại MY2N-CR của hãng MY : Thông số kỹ thuật: Điện áp định mức : 200/220 VAC Điện áp Cuộn coil : 200/220 VAC Dòng tiêu thụ cuộn coil : 6.2 (mA) Page 24 Sơ đồ chân : Page 25 5. Nút nhấn và đèn báo: Mục đích : - Nút nhấn đề điều khiển hoạt động, dừng hệ thống. - Đèn báo hiển thị trạng thái hoạt động của hệ thống, báo lỗi khi có sự cố. Yêu cầu: phù hợp điện áp của mạch điều khiển. Ta chọn nút nhấn ,đèn báo như sau: ( nút nhấn trang 4/20 ,đèn báo trang 3/20 hãng IDEC ) Page 26 6./ Nguyên lý hoạt động và các thiết bị và chế độ bảo vệ: Đầu tiên nhấn nút ON trong mạch điều khiển cấp nguồn cho cuộn hút K1 , đèn 1 báo tín hiệu có điện, đóng tiếp điểm K1 tự giữ nguồn , đồng thời cuộn hút KM1 , KM2 có điện đóng các tiếp điểm của nó , hai biến tần có điện. Muốn băng chuyền chạy thuận ta nhấn nút RF , cuộn hút K2 có điện tác động đến tiếp điểm chạy thuận trên biến tần và ngắt điện cuộn hút chạy nghịch K3, đèn Đ2 sáng. Tương tự muốn băng chuyền chạy nghịch nhấn RE. Khi 1 trong 2 biến tần bị lỗi hoặc 1 trong 2 băng chuyền bị kẹt thì tiếp điểm 12-11của biến tần 1 hoặc 12-11 của biến tần 2 sẽ đóng lại cấp nguồn cho cuộn hút ER , cuộn hút ER có điện tác động mở tiếp điểm ER ngừng cấp điện cho cuộn hút K2 và K3 động cơ sẽ dung lại, động cơ dừng và đèn Đ4 sáng báo hiệu có lỗi. Điều khiển tốc độ 2 động cơ từ biến tần 1 bằng biến trở , biến tần 2 nhận tốc độ từ xung encoder của động cơ 1 và lấy đó làm tốc độ tham chiếu cho động cơ 2. Muốn dừng để đảo chiều động cơ ta nhấn stop. MẠCH ĐỘNG LỰC 1. Các bộ phận mạch động lực Từ yêu cầu của đồ án mạch động lực phải có các bộ phận chính sau 1.1 Nguồn điện Nhiệm vụ: cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống Yêu cầu: điện áp 3 pha 380V AC, 50hz 1.2 Các thiết bị bảo vệ: Nhiệm vụ: bảo vệ các thiết bị trong hệ thống Yêu cầu: ngắt ngay nguồn điện khi có sự cô: ngắn mạch, quá tải 1.3 Các thiết bị đóng cắt,điều khiển Page 27 Nhiệm vụ: đóng mở nguổn cho hệ thống, đóng cắt các tiếp điểm, điều khiển hoạt động cho hệ thống Yêu cầu: Đóng mở nguồn cho hệ thống Điều khiển chạy thuận, chạy nghịch 1.4 Bộ biến tần và động cơ Phục vụ cho yêu cầu cho đồ án, được điều khiển thông qua mạch điều khiển 1.5 Hệ thống cable dẫn điện 2. Thiết kế mạch động lực a. Các phần tử trong mạch  1 MCCB 3 pha có dòng định mức là 50A bảo vệ cho biến tần 1  1 MCCB 3 pha có dòng định mức là 20A bảo vệ cho biến tần 2  Contactor KM1, KM2 được điều khiển để đóng mở nguồn  2 biến tần hảng rockwell  2 động cơ 3 pha công suất 15kw(master) và 5.5kw (slave)  1 encoder gắn trên trục động cơ 1 phản hồi tốc độ về biến tần 2 b. Các chế độ bảo vệ Bảo vệ nối đất: vỏ của động cơ, biến tần, tủ điện được nối đất để tránh dòng rò Bảo vệ quá tải:  Quá tải động cơ: khi có sự cố quá tải động cơ, biến tần sẽ bảo vệ ngắt nguồn động cơ và báo lỗi quá tải lên biến tần  Quá tải biến tần: biến tần này có khả năng chịu dòng quá tải 110% cho 60s và 150% cho 3s dòng định mức.  MCCB trong mạch bảo vệ ngắn mạch MẠCH ĐIỀU KHIỂN Nhiệm vụ: - Đóng mở nguồn. - Điều khiển cho động cơ chạy thuận, chạy nghịch, thay đổi tốc độ. - Báo hiệu các chế độ làm việc của hệ thống. Yêu cầu:  Có nút start, nút stop để đóng mở nguồn cho hệ thống. Page 28  Có nút điều khiển chạy thuận, chạy nghịch, dừng động cơ  Khi xảy ra sự cố phải dừng toàn bộ hệ thống.  Có đèn báo nguồn, chạy thuận, nghịch, sự cố.  Có thiết bị bảo vệ cho toàn mạch. Từ các yêu cầu trên nhóm đưa ra thiết kế mạch điều khiển như sau a. Các phần tử trong mạch  CB 1 pha có dòng định mức là 1.6A bảo vệ cho mạch điều khiển  Các cuộn coil.  nút nhân ON, OFF, chạy thuận, chạy nghịch  đèn báo nguồn, chạy thuận, chạy nghịch, sự cố b.các chế độ bảo vệ - Bảo vệ “0”: Khi mạch điều khiển mất điện, nếu không nhấn ON thì nó không tự có điện trở lại - Bảo vệ ngắn mạch o CB bảo vệ ngắn mạch cho mạch điều khiển 7./ Cài đặt biến tần Cài đặt biến tần 1. NO PARAMETER GIẢI THÍCH CÀI ĐẶT ĐƠN VỊ THÔNG SỐ ĐỘNG CƠ 1 P.041 Motor NP Volts (Tr 23/170) Điện áp định mức động cơ 400 V P.042 Motor NP PLA Dòng điện định mức 28 A P.043 Motor NP Hertz Tần số 50 Hz P.044 Motor NP RPM Tốc độ 1460 RPM P.045 Motor NP Power Công suất động cơ 15 kW P.049 Motor NP Poles Số cực 4 pole SPEED REFERENCE P.090 Speed Ref A sel (tr 31/170) Tốc độ đặt theo Analog In 2 2 P.091 Speed Ref A High (tr31/170) Giới hạn trên 50 Hz Page 29 P.092 Speed Ref A Low (tr31/170) Giới hạn dưới 0 Hz PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN P.053 Motor Cntl Sel ( tr 24/170) FVC Vector ( ĐK Vector ) 4 P.088 Speed/Torque Mode (tr 30/170) Điều khiển tốc độ 1 P.080 Feedback Select Open Loop 0 P.081 Minimum Speed (Tr 29/170) Tốc độ nhỏ nhất 0 Hz P.082 Maximum Speed( tr 29/170) Tốc độ lớn nhất 50 Hz P.140 Accel Time 1 (Tr 38/170) Thời gian tăng tốc 10 Secs P.142 Decel Time 1 (tr 38/170) Thời gian giảm tốc 10 Secs GÁN CHỨC NĂNG CÁC NGÕ I/O P.361 Digital In1 Sel ( tr63/170) Run Forward - chạy thuận 8 P.362 Digital In2 Sel ( tr63/170) Run Reverse - chạy nghịch 9 P.380 Digital Out1 Sel ( tr65/170 ) Motor overload 19 P.148 Current Lmt Val ( tr38/170 ) Dòng bảo vệ quá tải 28 P.320 Analog Input (tr 59/170) Tín hiệu đầu vào 0(voltage) A Cài đặt biến tần 2 NO PARAMETER GIẢI THÍCH CÀI ĐẶT ĐƠN VỊ THÔNG SỐ ĐỘNG CƠ 2 P.041 Motor NP Volts (Tr 23/170) Điện áp định mức động cơ 400 V P.042 Motor NP PLA Dòng điện định mức 10,8 A Page 30 P.043 Motor NP Hertz Tần số 50 Hz P.044 Motor NP RPM Tốc độ 1455 RPM P.045 Motor NP Power Công suất động cơ 5,5 kW P.049 Motor NP Poles Số cực 4 pole PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN P.053 Motor Cntl Sel ( tr 24/170) FVC Vector ( ĐK Vector ) 4 P.088 Speed/Torque Mode (tr 30/170) Điều khiển tốc độ 1 P.081 Minimum Speed (Tr 29/170) Tốc độ nhỏ nhất 0 Hz P.082 Maximum Speed(Tr 29/170) Tốc độ lớn nhất 25 Hz P.140 Accel Time 1 (Tr 38/170) Thời gian tăng tốc 10 Secs P.142 Decel Time 1( Tr 38/170) Thời gian giảm tốc 10 Secs THÔNG SỐ ENCODER P.412 Motor Fdbk Type ( Tr27/170) Chọn dạng encoder 0 P.413 Encoder PPR ( Tr 28/170) Số xung mỗi chu kì 1000 P.422 Pulse In Scale Tỷ lệ xung 240 P.423 Encoder Z Chan ( tr 28/170) Nhận chuỗi xung đầu vào 0 Quadra ture PPR SPEED REFERENCE P.090 Speed Ref A Sel ( Tr31/170) Tốc độ đặt theo encoder 8 P.091 Speed Ref A Hi ( Tr31/170) Giới hạn trên 25 Hz P.092 Speed Ref A Lo ( Tr31/170) Giới hạn dưới 0 Hz GÁN CHỨC NĂNG CÁC NGÕ I/O P.361 Digital In1 Sel ( tr 63/170 ) Run Forward - chạy thuận 8 P.362 Digital In2 Sel ( tr 63/170) Run Reverse - chạy nghịch 9 Page 31 P.380 Digital Out1 Sel ( tr65/170 ) Motor overload 19 P.148 Current Lmt Val ( tr38/170 ) Dòng bảo vệ quá tải 11.1 A Việc hiệu chỉnh tốc độ có thể theo 1 tỉ lệ bất kì thông qua pr.422 (scale) . hiệu chỉnh hệ số scale để điều khiển tốc độ động cơ thứ 2 với 1 tốc đô bất kì so với động cơ 1: Với động cơ 1 quay 1460 v/p = 24 v/s ở tần số max = 50 HZ. ở tần số 25 hz động cơ quay 12v/s ta có: encoder có 1000 x/v vậy số xung đầu vào tối đa của biến tần 2 ở tần số 25 hz là 12000x/s. Desire Speed command là tốc độ yêu cầu, tương đương với tần số cao nhất mà biến tần xuất ra để có tốc độ 1460 rpm, là 50 Hz. theo công thức trang 28 thì hệ số scale = 12000 = 240 50  vậy ta cài thông số pr.422 = 240 Page 32