Đồ án Ứng dụng biến tần và PLC trong hệ điều khiển cầu trục công suất lớn

hiển tốc độ tại tốc độ thấp có thể được cải thiện bằng cách giảm thời gian tích phân. Hình 3-1 Bước đáp ứng của tốc độ điều khiển với các bước gợi ý đặt khác nhau 1 tới 10% bước đặt được sử dụng Hình 3-2 Bước đáp ứng của tốc độ điều khiển với các bước gợi ý đặt khác nhau 1 tới 10% bước đặt được sử dụng 1 GAIN :Khuếch đại ảnh hưởng của khuếch đại trong điều khiển tốc độ. Nếu chọn 1, 10% thay đổi trong gía trị sai lệch giữa lý thuyết và tốc độ thực bởi tốc độ điều khiển đưa ra để thay đổi bằng 10% của mômen thông thường. Chú ý : Khuếch đại lớn nhất là nguyên nhân gây ra dao động tốc độ. Hình 3-3 Điều khiển tốc độ đáp ứng sau một bước nhảy sai lệch khi một sai lệch hằng số đưa vào 2 INTEGRATION TIME Thời gian khuếch đại định nghĩa tỷ lệ với sự thay đổi đưa ra khi giá trị sai lệch là hằng số. Thời gian tích phân càng ngắn gía trị sai lệch liên tục nhanh chóng đạt đến độ chính xác. Thời gian tích phân quá ngắn làm cho việc điều khiển không ổn định. Hình 3-4 Điều khiển tốc độ đáp ứng sau một bước nhảy sai lệch khi một sai lệch hằng số đưa vào 3 DERIVATION TIME Việc đạo hàm tăng điều khiển đưa ra nếu giá trị sai lệch thay đổi.Thời gian đạo hàm càng dài tốc độ điều khiển đưa ra càng tăng trong suốt quá trình thay đổi. Phép đạo hàm làm cho việc điều khiển đáp ứng nhanh. Nếu thời gian đạo hàm được đặt bằng 0 việc điều khiển như là điều khiển PI, nếu không thì như điều khiển PID. Hình 3-5 Điều khiển tốc độ đáp ứng sau một bước nhảy sai lệch khi một sai lệch hằng số đưa vào Chú ý: Việc thay đổi thông số này chỉ khi một xung mã hoá được sử dụng. 4 ACC COMPENSATION Thời gian đạo hàm bù cho việc gia tốc. Để bù trong suốt quá trình gia tốc quan hệ của đạo hàm được thêm vào để đưa ra điều khiển tốc độ. Nguyên tắc của việc đạo hàm được mô tả trong mục 3 DERIVATION TIME bên trên. Như một nguyên tắc chung đặt giá trị thông số này từ 50 đến 100% tổng của hằng sô thời gian cơ khí của động cơ và máy điều khiển. Chú ý : Gia tốc chạy tự động thông số này đạt tới 50% của hằng số thời gian cơ khí. 5 SLIP GAIN Khuếch đại trượt định nghiã khuếch đại cho hệ số trượt. 100% nghĩa là bù đủ hệ số trượt ; 0% nghĩa là không bù hệ số trượt. Giá trị mặc định là 100%. Giá trị khác được sử dụng nếu sai lệch tĩnh tốc độ được nhận ra mặc dù đã bù đủ hệ số trượt. 6 AUTOTUNE RUN Chế độ chạy tự động: Điều khiển tốc độ của ACS 600 có thể bật một cách tự động bằng cách sử dụng chế độ chạy tự động . Quán tính của tải được tính đến trong khuếch đại, tích phân, đạo hàm và thông số bù ACC. Hệ thống được dùng trong chế độ bù dưới hơn bù trên. Thực hiện chế độ Autotune Run: Vận hành động cơ ở một tốc độ hằng số từ 20 đến 70% của tốc độ tỷ lệ Thay đổi thông số 23.6 AUTOTUNE RUN thành YES. Sau khi vận hành chế độ AUTOTUNE RUN giá trị thông số này tự động trở về trạng thái ban đầu NO. Chú ý : Chế độ chạy tự động chỉ có thể thực hiện trong khi ACC 600 đang hoạt động. Và động cơ phải có tải kết quả tốt nhất đạt được khi động cơ chạy ở tốc độ 20……40% trước khi chuyển sang chế độ chạy tự động. To perform the Autotune Run: Động cơ sẽ gia tốc bằng 10% của dải tốc độ với 10….20% bước nhảy mômen mà không có bất kỳ độ dốc(quá độ ) nào trong khi thực hiện thủ tục này. Cần chắc chắn rằng sẽ an toàn khi chạy động cơ trước khi thực hiện chế độ chạy tự động. 7 FEEDB FILTER TIME Lọc thời gian hằng số cho tín hiệu tốc độ thực. Đó là thông thường tính toán tín hiệu tốc độ thực, hoặc nếu module mã hoá (NTAC) được cho phép để tính toán tín hiệu tốc độ từ xung mã hoá. Group 24 Điều khiển mômen: Những giá trị thông số có thể được thay đổi khi ACC 600 đang chạy. 1 TORQ RAMP UP Thời gian tăng tần số: Định nghĩa thời gian mong muốn tăng tần số từ 0 đến tần số tỷ lệ. 2 TORQ RAMP DOWN Thời gian giảm tần số: Định nghĩa thời gian mong muốn giảm tần số từ tần số tỷ lệ về 0. Chú ý: Những tham số này không ảnh hưởng tới tần số tham khảo gửi từ master tới các thiết bị bên dưới trong chế độ điều khiển Master/Follower (sử dụng Master/Follower bus). Group 26 Điều khiển động cơ: Những giá trị thông số này chỉ có thể thay đổi với việc dừng ACC 600. Những giá trị thông số cho phép được đưa trong bảng 6-12 Thông số 6-12 nhóm 26 1. Không sử dụng 2 FLUX BRAKING: ACC 600 có thể cung cấp chế độ giảm tốc nhanh bằng việc tăng từ thông trong động cơ khi cần, thay vì giới hạn độ dốc giảm tốc. Bằng việc tăng độ thoải trong động cơ, năng lượng của hệ thống máy móc được biến thành năng lương nhiệt trong động cơ. Không cần sử dụng khi dùng điện trở hãm : đặt thành NO khi sử dụng điện trở hãm Đường giảm tốc độ động cơ khi dùng và không dùng Flux Braking 3 IR COMPENSATION Thông số này chỉ có thể điều chỉnh được trong chế điều khiển SCALAR. Thông số này đặt mức điên áp tương đối vượt thường lệ được đưa vào động cơ tại tần số = 0. Dải 0….30% điện áp thông thường động cơ. Group 30 Fault Functions Những giá trị thông số này có thể thay đổi khi ACC 600 đang chạy. Những giá trị thông số cho phép được đưa trong bảng 6-15 1 Không sử dụng 2 PANEL LOSS Định nghĩa sự vận hành của ACC 600 nếu Control Panel được lựa chọn như điều khiển vị trí cho ACC 600 ngừng việc truyền thông. ___________________________________________________________ Chú ý Nếu chọn NO phải chắc chắn rằng là an toàn để tiếp tục vận hành nếu truyền thông với Control Panel là không thể thực hiện. ____________________________________________________________ Biểu thị lỗi được hiển thị( nếu có bất kỳ bộ Control Panel được kết nối) và ACC 600 dừng NO Không cung cấp sự bảo vệ nào. 3 EXTERNAL FAULT NOT SEL DI1-DI6 Lựa chon này định nghĩa số đưa vào được sử dụng một tín hiệu lỗi ngoài. Nếu một lỗi ngoài xảy ra, ví dụ tín hiệu số đưa vào giảm xuống 0 VDC, ACC 600 sẽ dừng. Thông số này định nghĩa sự vân hành của chức năng bảo vệ nhiêt của động cơ FAULT Hiển thị một cảnh báo chỉ ra tại mức cảnh báo. Hiển thị một lỗi chỉ ra và dừng ACC 600 khi nhiệt độ động cơ đạt mức 100% WARNING Cảnh báo chỉ ra được hiển thị khi nhiệt độ động cơ đạt tới mức cảnh báo (95% giá trị thông thường). NO Không cung cấp chế độ bảo vệ 5 MOT THERM P MODE Lựa chọn chế độ bảo vệ nhiệt. Việc bảo vệ động cơ được làm bằng cách sử dụng chế độ bảo vệ nhiệt hoặc hoặc đo nhiệt độ. ACC 600 tính toán sự tăng nhiệt độ của động cơ bằng cách sử dụng giả thuyết dưới đây. . Nhiệt độ môi trường xung quanh động cơ là 30 oC khi nguồn cấp được đưa vào ACC 600. . Độ nóng của động cơ được tính toán theo đường cong tải. Nhiệt độ động cơ sẽ nóng hơn nhiệt độ thông thường nếu được vận hành trong vùng phía trên đường cong, và mát nếu nó vân hành bên dưới đường cong. Tỷ lệ của phát nóng và làm mát được đặt bằng MOTOR THERM TIME. Bởi vì mô hình nhiệt đơn giản được sử dụng cho việc tính toán tăng nhiệt độ, phương pháp bảo vệ nhiệt này có thể sai lầm nếu động cơ hoạt động liên tục tại tốc độ thấ. Nếu ứng dụng của bạn đòi hỏi liên tục hoạt động ở tốc độ thấp hơn điểm BREAK POINT bạn có thể cần cung cấp làm mát ngoài. Chú ý: Bảo vệ nhiệt động cơ sẽ không bảo vệ động cơ nếu việc làm mát động cơ bị giảm bởi bụi bẩn. DTC Điều khiển trực tiếp mômen đường cong tải được sử dụng cho việc tính toán sức nóng của động cơ. Thời gian toả nhiệt động cơ xấp xỉ theo chuẩn tự làm mát lồng sóc của động cơ như một chức năng của dòng điện động cơ và số đôi cực. Figure 6-16 Thời gian phát nóng của động cơ 7 MOTOR Đường cong tải của động cơ đặt giá trị lớn nhất cho phép vận hành tải của đường cong tải động cơ. Khi đặt tới giá trị 100% tải cho phép lớn nhất bằng với giá trị của thông số khởi động (Start-up Data Parameter 99.5 MOTOR NOM CURRENT.)Mức củađường cong tải nên được điều chỉnh nếu nhiệt độ xung quanh khác với nhiệt độ thông thường động cơ. Figure 6-17 Đường cong tải của động cơ 8 ZERO SPEED LOAD Thông số này định nghĩa dòng điện lớn nhất tại tốc độ bằng không để định nghĩa dòng điện tải động cơ. 9 BREAK POINT Thông số này định nghĩa điểm tại đó dòng điện tải động cơ bắt đầu giảm từ giá trị lớn nhất đặt bằng thông số Parameter 30.7 MOTOR LOAD CURVE to the ZERO SPEED LOAD (Parameter 30.8). 10 MOTOR PHASE LOSS Thông số này định nghĩa sự vận hành khi một hoặc nhiều pha của động cơ bị mất. FAULT Biểu thị lỗi được hiển thị và ACC 600 dừng ( tích cực khi tốc độ động cơ lớn hơn +/- 40 rpm). NO 11 EARTH FAULT Thông số này định nghĩa chế độ vận hành khi lỗi nối đất trong động cơ hoặc cáp động cơ được phát hiện FAULT NO Không cung cấp chế độ bảp vệ 12 MASTER FAULT Thông số này định nghĩa chế độ vận hành khi lỗi truyền thônag FUNC giữa thiết bị và cổng module Fieldbus được phát hiện FAULT Lỗi MODULE cổng COMM được hiển thị và ACC 600 dừng NO Không muốn hoạt động WARNING Cảnh báo cổng COMM được hiển thị. 13 COMM FLT Thông số này mặc định thời gian trì hoãn trước khi lỗi tích cực Group 60 Điều khiển cục bộ Local operation 1 LOC OPER INH True Chỉ có khả năng chạy trong chế độ điều khiển ngoài False Có khả năng hoạt động trong chế độ điều khiển LOCAL(panel) và điều khiển ngoài. 2 LOC SPEED MAX tốc độ đặt lớn nhất khi hoạt động trong chế độ LOCAL 3 LOC ZERO SPEED TD Sau khi làm chế độ LOCAL START tín hiệu ZERO SPEED đã trở về “0” khi đó động cơ bắt đầu hoạt động, trước khi thời gian đã kết thúc nếu không thì lệnh start đã được chuyển Group 61 Hiển thị tốc độ Speed monitor 1 ZERO SPEED LEV Thông số cho việc đặt cấp tốc độ cho biểu diễn tốc độ 0 2 ZERO SPEED TIME Thời gian trì hoãn trước khi tín hiệu ZERO SPEED được đặt sang "1" khi tốc độ động cơ bên dưới mức tốc độ 0 3 MOT OVERSPEED LEV Nếu tốc độ động cơ vượt quá mức tốc độ định bởi MOT OVERSPEED LEV thiết bị sẽ dừng, biểu thị MOT OVERSP. Group 62 Hiển thị mômen Torque monitor 1 TORQ MON SEL True Nếu true được lựa chọn giám sát mômen là tích cực. False Giám sát mômen bị khoá. 2 SP DEV LEV A Phía trên mức SP DEV LEV nghĩa là lỗi tốc độ quá cao. 3 TORQ FLT TD Nếu một lỗi tốc độ lớn hơn SP DEV LEV xảy ra, và nếu nó kéo dài quá thời gian TORQ FLT TD thiết bị sẽ ngắt, hiển thị bảnag TORQ FLT. 4 SP DER BLK LEV Việc bảo vệ bị khoá trong suốt quá trình gia tốc nếu tín hiệu của lỗi tốc độ là OK và nếu đạo hàm của tín hiệu thực là lớn hơn giá trị đặt của SP DER BLK LEV. Group 63 Dừng nhanh Fast stop 1 FAST STOP TYPE 11 Thông số cho phép lựa chọn phương thức hoạt động dừng nhanh trong chế độ Fieldbus. Là tích cực nếu tín hiệu FAST STOP 11 trong chế độ Fieldbus được đặt là TRUE. 0=Không muốn hoạt động 1= Fast stop bằng phanh hãm trên mômen giới han ví dụ"Fast stop 1". 2= Fast stop bằng cả phanh hãm cơ khí và trên mômen giới han ví dụ"Fast stop 2". 3= Fast stop chỉ dùng phanh hãm cơ khí"Fast stop 3". 2 FAST STOP TYPE 12 Bảng thông số cho phương thức lựa chọn hoạt động của Fast stop trong chế độ Stand alone. Sử dụng thông số 63.1 để cài đặt. Group 64 Các thông số cài đặt cho cẩu 1 STAND ALONE SEL True Chế độ Stand alone được lựa chọn False Chế độ Fieldbus được lưa chọn 2 CONTIN GEAR True Cần điều khiển thông thường chuyển từ 0 đến giá trị lớn nhất bằng 0 tới tốc độ cơ bản đặt. Nếu nguồn cấp tối ưu tính toán một tốc độ lớn hơn tốc độ đặt khi đó giá trị đặt lớn nhất từ thiết bị điều khiển được tính toán lại để phù hợp với tốc độ lớn nhất đạt được trong dải đã làm suy giảm. False ý nghĩa của việc dịch chuyển cần điều khiển từ 0 đến giá trị lớn nhất luôn luôn là 0 tới tới tốc độ cơ bản đặt. Nếu nguồn cấp tối ưu tính toán lớn một tốc độ hơn tốc độ đặt cơ bản khi đó tốc độ sẽ tăng lên với giá trị tính toán với giá trị lớn nhất của vị trí cần điều khiển. Khi kéo cần điều khiển trở lại tới vị trí ví dụ 90% tốc độ đặt khi đó sẽ giảm xuống 90% của tốc độ cơ bản. 3. HIGH SPEED LEVEL 1 Mức của cần điều khiển đưa ra để đưa ra tín hiệu HIGH SPEED OK cho nguồn cấp tối ưu. 4 DEADZONE A Vị trí 0 tại cần điều khiển trước khi bắt đầu đưa ra tín hiệu đặt trong chiều quay A. 5 DEADZONE B Vị trí 0 tại cần điều khiển trước khi bắt đầu đưa ra tín hiệu đặt trong chiều quay B. 6 REF SHAPE Thông số để tạo đường cong parabol cho việc tham khảo. 0 = đường thẳng 20 = đường cong X2 100=đường cong X3 7 SPEED REF REDUCED Giảm tốc độ đặt khi chức năng hạ chậm là tích cực(DI5-0). 8 ZERO POS OK TD Thời gian trì hoãn cho cần điều khiển ở vị trí 0 trước khi một lệnh khởi động mới có thể được đưa vào sau khi đã dừng ở vị trí : trip, dừng nhanh, hoặc cảnh báo cần điều khiển. 9 TORQUE REF SCALE Tỷ lệ cho mômen đặt từ cần điều khiển (AI. 2) ví dụ Với TORQUE REF SCALE đặt 2.0:100% đặt cần điều khiển sẽ đưa ra 200% mômen đặt cho mômen điều khiển. 10 CONTROL TYPE JOYSTICK Điều khiển ngoài của thiết bị, trong chế độ Stand alone được hoạt động bằng việc sử dụng cần điều khiển, với Zero Pos, Dir A và Dir B công tắc được kết nối với tín hiệu số đưa vào DI2-DI4 và tín hiệu tương tự đặt được kết nối với AI1 (tốc độ điều khiển ) hoặc AI2(mômen điều khiển ). Giám sát điều khiển là tích cực. RADIO CONTROL Thiết bị điều khiển ngoài, trong chế độ Stand alone, được thực hiện bằng việc kết nối với tín hiệu từ một bộ điều khiển radio hoặc PLC để điều khiển I/O. Dir A và Dir B ra lệnh kết nối với DI3 và DI4. Gợi ý nên kết nối với AI1 hoăc AI2. MOTOR POT Thiết bị điều khiển ngoài, trong chế độ Stand alone, được thực hiện bằng việc sử dụng một điều khiển không độc lập được đưa trực tiếp và được lệnh tăng lên. Lệnh gia tăng được kết nối với DI2, Dir A và Dir B được kết nối với DI3 và DI4. 11 MINIMUM REF Tốc độ đặt nhỏ nhất trong chế độ stand alone 12 JOYSTICK WARN TD Thời gian trì hoãn cho giám sát cần điều khiển. Group 67 Điều khiển phanh cơ khí Mechanical brake contr 1 BRAKE FALL TIME Thời gian đóng cho phanh cơ khí 2 BRAKE FLT TD Thời gian trì hoãn cho tín hiệu lỗi của phanh cơ khí 3 BRAKE INT ACKN True Nhận biết trong ” brake lifted ”, DL1 không cử dụng. False Nhận biết ngoài ” brake lifted ”, kết nối với DL1. 4 BRAKE LIFT TD Thời gian trì hoãn cho lệnh nhả phanh, cau khi tốc độ đặt được kết nối với tốc độ điều khiển. 5 BRAKE LONG FT TD Thời gian trì hoãn cho việc hiển thị tín hiệu ”brake long falltime ” Group 68 Nguồn cấp tối ưu Power optimisation 1POWOPSELECT True Nguồn cấp tối ưu đang hoạt động. False Nguồn cấp tối ưu đang không hoạt động. 2 BASE SPEED Tốc độ thông thường tại trường làm yếu bắt đầu và nguồn cấp RMS của động cơ là hằng số. 3 POWOP AUTOTUNE SEL True Cho phép việc điều chỉnh giá trị của quán tính có thể đọc được trong tín hiệu thực no.24 TOTAL INERTIA một giá trị trung bình sau khi vận hành 2-3 lần trong mỗi chiều quay nên được đưa vào thông số INERTIA TOTAL UP và INERTIA TOTAL DWN theo thứ tự. False Không cho phép chế độ tự động 4 INERTIA TOTAL UP Tổng quán tính trong chiều quay thuận 5 INERTIA TOTAL DWN Tổng quán tính trong chiều quay ngược 6 TQLIM UP Mômen tải lớn nhất cho phép hướng thuận 7 TQLIM DWN Mômen tải lớn nhất cho phép hướng ngược 8 POWOP RESET LEV Cấp tốc độ để tính toán nguồn đặt tối ưu sẽ được reset lại để chuẩn bị cho một tính toán mới trong suốt quá trình gia tốc tiếp theo 9 PO UPPER LIM SEL Ngừng gia tốc nếu tổng mức mômen thực vượt quá mức lớn nhất cho phép True: Kiểm tra mức mômen tổng False: Không kiểm tra mức mômen tổng 10 TORQ ACCEL GAIN Điều chỉnh cho mức mômen tổng cho phép xem PO UPPER LIM SEL. Một giá trị lớn hơn trong khuếch đại là ý nghĩa của một mức cao hơn cho phép. Giá trị 1.0 đuợc đưa vào là giới han lớn nhất thông thường Group 69 Reference Handler 1 SPEED SCALING RPM Đặt tốc độ động cơ phù hợp vời 100% đặt 2 ACC TIME FORW Đặt thời gian quá độ gia tốc quay thuận 0 tới 100%tốc độ 3 ACC TIME REV Đặt thời gian quá độ gia tốc quay ngược0 tới 100%tốc độ 4 DEC TIME FORW Đặt thời gian quá độ giảm tốc quay thuận , +100% tới 0%tốc độ 5 DEC TIME REV Đặt thời gian quá độ giảm tốc quayngược,-100% tới 0%tốc độ 6 S-RAMP TC Đặt thời gian hằng số đường cong tốc độ trong đơn vị độ dốc tốc độ đặt 7 RAMP SCALE LOCAL Hệ số tỷ lệ cho thời gian quá độ khi hoạt động trong chế độ LOCAL 8 SPEED REF TD Thời gian trì hoãn trước khi liên kết tốc độ đặt sang đơn vị dốc 9 START TORQ SEL Lựa chọn mômen khởi động 0=Không mômen phụ khởi động 1=Nhớ mômen tự động 2=mômen khởi động đặt được nhận từ một bộ điều khiển đặc biệt ví dụ tính toán từ một load cell 4.Khả năng ứng dụng Chương trình ứng dụng cho cầu trục Có hai macro ứng dụng cho cầu trục là: CRANE và M/F CTRL. CRANE macro dùng cho thiết bị cầu trục nhưng không có bus truyền thông chủ tớ, M/F CTRL macro cho thiết bị cầu trục có bus truyền thông chủ tớ.Việc lựa chọn được thực hiện với thông số 99.2 Application macro.Mặc định là CRANE macro. CRANE macro bao gồm tất cả các chức năng của cầu trục ngoại trừ chức năng bus chủ/tớ. M/F CTRL bao gồm tất cả các chức năng của cầu trục và bus chủ/tớ. Chú ý: Nếu thay đổi macro ứng dụng sẽ reset lại tất cả các thông số tới mặc định ngoại trừ nhóm thông số 99 và ID RUN của động cơ. Do đó lựa chọn macro nên được làm trước khi đặt các thông số. Có hai chế độ điều khiển bên ngoài là : Fieldbus và Stand Alone. Tất cả các lệnh thiết bị và thông số tham khảo có thể được đưa vào từ Palen hoặc từ một bộ điều khiển bên ngoài. Để lựa chọn điều khiển bằng bộ điều khiển bên ngoài hay bằng Panel dùng phím LOC/REM. Điều khiển ở chế độ Stand Alone Bộ điều khiển bên ngoài được nối với cổng I/O cơ bản. Tín hiệu đặt được nối với đầu vào analog AI1, ON/Start và các tín hiệu trực tiếp khác được nối với đầu vào số DI2…DI6 trên X22 Biểu đồ điều khiển cho chế độ Stand Alone Tín hiệu vào ra mặc định là dùng cho chương trình cần trục: Cách nối với bộ điều khiển ngoài : Với cách nối cho cẩu ở chế độ Stand Alone Bảng thông số đặt ở chế độ Stand Alone cho cầu trục: Điều khiển ở chế độ Fieldbus Sơ đồ điều khiển ở chế độ Fieldbus Tín hiệu vào ra: Ví dụ cho I/O ở chế độ Fieldbus cho cầu trục, một bộ điều khiển giám sát được sử dụng. Cách nối cho ứng dụng cầu trục ở chế độ điều khiển Fieldbus Bảng các thông số đặt ở chế độ FieldBus: Chương IV: Simatic S7-300 I.Khái quát chung về PLC Thiết bị điều khiển logic khả trình (Programmable Logic Control), viết tắt là PLC, là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thể hiện thuật toán đó bằng mạch số. Như vậy, với chương trình điều khiển trong mình, PLC trở thành một bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán và đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh (với các PLC khác hoặc với máy tính). Toàn bộ chương trình điều khiển được lưu nhớ trong bộ nhớ của PLC. Để có thể thực hiện được một chương trình điều khiển, PLC phải có tính năng như một máy tính, nghĩa là phải có một bộ vi xử lý (CPU), một hệ điều hành, bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển, dữ liệu và phải có các cổng vào ra để giao tiếp được với đối tượng điều khiển và để trao đổi thông tin với môi trường xung quanh. Bên cạnh đó nhằm thực hiện bài toán điều khiển số, PLC còn cần phải có thêm các khối chức năng đặc biệt như bộ đếm (Counter), bộ thời gian (Timer)... và có thể có các khối hàm chuyên dụng. II.Đặc điểm của PLC S7-300 1. Cấu trúc phần cứng PLC S7-300 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của hãng Simens. Thông thường để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng thực tế mà ở đó phần lớn các đối tượng điều khiển có số tín hiệu đầu vào, đầu ra cũng như chủng loại tín hiệu vào, ra khác nhau mà các bộ điều khiển PLC được thiết kế không bị cứng hoá về cấu hình, chúng được chia nhỏ thành các module. Số các module được sử dụng nhiều hay ít tuỳ theo từng bài toán, song tối thiểu bao giờ cũng phải có một module chính là module CPU. Các module còn lại là những module nhận/truyền tín hiệu với đối tượng điều khiển, các module chức năng chuyên dụng như PID, điều khiển động cơ... Chúng được gọi chung là các module mở rộng. Tất cả các module được gá trên những thanh ray(Rack). Các module mở rộng được chia thành 5 loại: - PS (Power supply): Module nguồn nuôi - SM (Signal module): Module mở rộng cổng tín hiệu vào/ra - IM (Interface module): Module ghép nối - FM (Function module): Module có chức năng điều khiển riêng - CP (Communication module): Module phục vụ việc truyền thông trong mạng giữa các PLC với nhau hay giữa PLC với máy tính -Module CPU Đây là module chính trong cấu hình của PLC S7-300. Module CPU là loại module có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ thời gian, bộ đếm, cổng truyền thông (RS485)...và có thể có vài cổng vào/ra số. Các cổng vào/ra số có trên module CPU gọi là cổng vào/ra onboard. Trong họ PLC S7-300 có nhiều loại CPU khác nhau, nói chung chúng được đặt tên theo bộ vi xử lý có trong nó như module CPU312, CPU314, CPU 315 ... Những module CPU có các cổng vào ra onboard cũng như các khối hàm đặc biệt được tích hợp sẵn trong thư viện của hệ điều hành phục vụ việc sử dụng các cổng vào/ra onboard được phân biệt với những module CPU khác trong tên gọi bằng thêm cụm chữ cái IFM( Intergrated Function Module). Ví dụ như module CPU 312IFM, CPU314IFM… Ngoài ra còn có các loại module CPU với hai cổng truyền thông, trong đó cổng truyền thông thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán. Tất nhiên kèm theo cổng truyền thông thứ hai này là những phần mềm tiẹn dụng thích hợp cũng đã được cài sẵn trong hệ điều hành. Các loại module CPU này được phân biệt với những module CPU khác bằng thêm cụng từ DP ( Distributed Port) trong tên gọi. Ví dụ mudule CPU315-DP… 2. Kiểu dữ liệu Một chương trình ứng dụng trong S7-300 có thể sử dụng các kiểu dữ liệu sau: +BOOL: với dung lượng một bit và có giá trị là 0 hoặc 1(đúng hoặc sai). Đây là dữ liệu cho biến hai trị. +BYTE : gồm 8 bits, thường được dùng để biểu diễn một số nguyên dương trong khoảng từ 0 đến 225 hoặc mã ASCII của một ký tự. Ví dụ: L B#16#14 //Nạp số nguyên 14 viết theo hệ cơ số 16 độ dài 1 byte vào ACCU1 +WORD : gồm 2 bytes, để biểu diễn một số nguyên dương từ 0 đến 65535 Ví dụ: L 434 L W#16#3A2 +INT: cũng có dung lượng 2 bytes, dùng để biểu diễn một số nguyên trong khoảng -32768á+32767. Ví dụ L 390 L W#16#3A2 +DINT: gồm 4 bytes, dùng để biểu diễn một số nguyên từ-2147483648á2147483647. Ví dụ L 390 L DW#16#3A2 +REAL: gồm 4 bytes, dùng để biểu diễn một số thực dấu phẩy động. Ví dụ: L 1.234567e+13 L 930.0 +S5T: khoảng thời gian, được tính theo giờ/phút/giây. Ví dụ L S5T#2h_1m_0s_5ms //Là lệnh tạo khoảng thời gian 2 tiếng 1phút và 5 mili giây +TOD: biểu diễn giá trị thời gian tính theo giờ/phút/giây. Ví dụ: L TOD#5:45:00 là lệnh khai báo giá trị thời gian trong ngày là 6 giời kém 15 +DATE: biểu giá trị thời gian tính theo năm/tháng/ngày.Ví dụ: L DATE#1999-12-8 là lệnh khai báo ngày mùng 8 tháng 12 năm 1999 +CHAR: biểu diễn một hoặc nhiều ký tự(nhiều nhất là 4 ký tự). Ví dụ L ‘ABCD’ L ‘E’ 3. Cấu trúc bộ nhớ của CPU Bộ nhớ của S7-300 được chia làm ba vùng chính: +Vùng chứa chương trình ứng dụng: được chia thành ba miền OB(Organisation block) Miền chứa chương trình tổ chức. FC(Function) Miền chứa chương trình con được tổ chức thành hàm có biến hình thức để trao đổi dữ liệu với chương trình đã gọi nó. FB(Function block): Miền chứa chương trình con, được tổ chức thành hàm và có khả năng trao đổi dữ liệu với bất cứ một khối chương trình nào khác. Các dữ liệu liệu này phải được tổ chức thành khối dữ liệu riêng( gọi là DB Data block). +Vùng chứa tham số của hệ điều hành và chương trình ứng dụng, được chia thành 7 miền khác nhau bao gồm: I (Process image input): Vùng bộ đệm các dữ liệu cổng vào số. Trước khi bắt đầu thực hiện chương trình, PLC sẽ đọc giá trị của tất cả các cổng đầu vào và cất giữ chúng trong vùng nhớ I. Thông thường chương trình ứng dụng không đọc trực tiếp trạng thái logic của cổng vào số mà chỉ lấy dữ liệu của cổng vào từ bộ đệm I. Q (Process image output): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng ra số. Kết thúc giai đoạn thực hiện chương trình, PLC sẽ chuyển giá trị logic của bộ đệm ra số Q tới các cổng ra số. Thông thường chương trình không trực tiếp gán giá trị tới tận cổng ra mà chỉ chuyển chúng vào bộ đệm Q. M : Miền các biến cờ. Chương trình ứng dụng sử dụng vùng nhớ này để lưu giữ các tham số cần thiết và có thể truy nhập nó theo bit(M), byte(MB), từ(MW), hay từ kép(MD). T : Miền nhớ phục vụ bộ thời gian (Timer) bao gồm việc lưu giữ giá trị thời gian đặt trước(PV), giá trị đếm tức thời(CV), cũng như giá trị logic đầu ra của bộ thời gian. C : Miền nhớ phụ vụ bộ đếm (Counter) bao gồm việc lưu giữ giá trị đặt trước(PV), giá trị đếm tức thời(CV) và giá trị đầu ra của bộ đếm. PI: Miền địa chỉ cổng vào vầo của các module tương tự. Các giá trị tương tự tại cổng vào của module tương tự sẽ được module đọc và chuyển tự động theo những địa chỉ. Chương trình ứng dụng có thể truy nhập miền nhớ PI theo byte(PIB), theo từ(PIW), hoặc theo từ kép(PID). PQ: Miền địa chỉ cổng ra vào của các module tương tự. Các giá trị theo những địa chỉ này sẽ được module tương tự chuyển ra các module tương tự. Chương trình ứng dụng có thể truy nhập miền nhớ PQ theo byte(PQB), theo từ(PQW), hoặc theo từng từ kép(PQD). +Vùng chứa các khối dữ liệu, được chia thành hai loại: DB (Data block): Miền chứa dữ liệu được tổ chức thành khối. Kích thước cũng như số lượng khối do người sử dụng quy định, phù hợp với từng bài toán điều khiển. Chương trình có thể truy nhập miền này theo bit(DBX), byte(DBB), từ (DBW) hay từ kép(DBD). L (Local data block): Miền dữ liệu địa phương, được các khối chương trình OB, FC, FB tổ chức và sử dụng cho các biến nháp tức thời và trao đổi dữ liệu của biến hình thức với những khối chương trình đã gọi nó. Nội dung của một số dữ liệu trong miền nhớ này sẽ bị xoá khi kết thúc chương trình tương ứng trong OB, FC,FB. Miền này có thể được truy nhập từ chương trình theo bit(L), byte(LB), từ(LW), hay từ kép(LD). III.Cách thực hiện chương trình của PLC S7-300 1.Vòng quét chương trình PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp. Mỗi vòng lặp được gọi là vòng quét (scan). Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ các cổng vào số tới vùng bộ đệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình. Trong từng vòng quét, chương trình được thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc ở lệnh cuối cùng của khối OB1. Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo Q tới các cổng ra số. Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm lỗi. Chuyển dữ liệu từ cổng vào tới I Truyền thông và kiểm tra nội bộ Chuyển dữ liệu từ Q tới cổng ra Thực hiện chương trình Vòng quét chương trinh Chú ý rằng bộ đệm I và Q không liên quan tới các cổng vào ra tương tự nên các lệnh truy nhập cổng tương tự được thực hiện trực tiếp với cổng vật lý chứ không thông qua bộ đệm ảo. Thời gian cần thiết để PLC thực hiện được một vòng quét gọi là thời gian vòng quét (Scan time). Thời gian vòng quét không cố định, tức là không phải vòng quét nào cũng thực hiện trong một thời gian như nhau. Có vòng quét thực hiện lâu, có vòng quét thực hiện nhanh tuỳ thuộc vào số lệnh trong chương trình được thực hiện, và khối lượng dữ liệu được truyền thông… trong vòng quét đó. Như vậy giữa việc đọc dữ liệu từ đối tượng để xử lý tính toán và việc gửi tín hiệu điều khiển tới đối tượng có một khoảng thời gian trễ đúng bằng thời gian vòng quét. Hay thời gian vòng quét quyết định thời gian thực của chương trình điều khiển trong PLC. Thời gian vòng quét càng ngắn, tính thời gian thực của chương trình càng cao. Nếu sử dụng các khối chương trình đặc biệt có chế độ ngắt, ví dụ như khối OB40, OB80…chương trình của các khối sẽ được thực hiện trong vòng quét khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt cùng chủng loại. Các khối chương trình này có thể được thực hiện tại mọi điểm trong vòng quét chứ không bị gò ép là trong giai đoạn thực hiện chương trình. Ví dụ nếu một tín hiệu báo ngắt xuất hiện trong khi PLC đang ở giai đoạn truyền thông và kiểm tra nội bộ, PLC sẽ tạm gừng việc truyền thông, kiểm tra để thực hiện khối chương trình tương ứng với tín hiệu báo ngắt đó. Với hình thức xử lý tín hiệu ngắt như vậy, thời gian vòng quét sẽ càng lớn khi càng có nhiều tín hiệu ngắt xuất hiện trong vòng quét. Do đó để nâng cao tính thời gian thực cho chương trình điều khiển, tuyệt đối không nên viết chương trình xử lý ngắt quá dài hay quá lạm dụng chế độ ngắt trong chương trình điều khiển. Tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra số, thông thường lệnh không làm việc trực tiếp với cổng vào/ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số. Việc truyền thông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong các giai đoạn 1 và 3 do hệ điều hành CPU quản lý. ở một số module CPU, khi gặp lệnh vào/ra ngay lập tức, hệ điều hành sẽ cho dừng mọi công việc khác, ngay cả chương trình xử lý ngắt, để thực hiện lệnh trực tiếp với cổng vào/ra. 2. Cấu trúc chương trình Chương trình cho S7-300 được lưu trong bộ nhớ của PLC ở vùng dành riêng cho chương trình và có thể được lập với hai dạng cấu trúc khác nhau: +Lập trình tuyến tính: Toàn bộ chương trình điều khiển nằm trong một khối trong bộ nhớ. Loại cấu trúc tuyến tính này phù hợp với những bài toán tự động nhỏ, không phức tạp. Khối được chọn phải là khối OB1, là khối mà PLC luôn quét và thực hiện các lệnh trong nó thường xuyên, từ lệnh đầu tiên đến lệnh cuối cùng và quay lại lệnh đầu tiên +Lập trình có cấu trúc: Lệnh 1 Lệnh 2 Lệnh n Vòng quét Chương trình được chia thành những phần nhỏ với từng nhiệm vụ riêng và các phần này nằm trong những khối chương trình khác nhau. Loại hình cấu trúc này phù hợp với những bài toán điều khiển nhiều nhiệm vụ và phức tạp. PLC S7-300 có 4 loại khối cơ bản: -Loại khối OB(Organization block): Khối tổ chức và quản lý chương trình điều khiển. Có nhiều loại khối OB với những chức năng khác nhau, chúng phân biệt với nhau bằng một số nguyên đi sau nhóm ký tự OB, ví dụ như OB1, OB35, OB40... -Loại khối FC(Program bock): Khối chương trình với những chức năng riêng giống như một chương trình con hoặc một hàm (chương trình con có biến hình thức). Một chương trình ứng dụng có thể có nhiều khối FC và các khối FC này đựơc phân biệt với nhau bằng một số nguyên sau nhóm ký tự FC. Chẳng hạn như FC1, FC2, FC3... -Loại khối FB(Function block): Là loại khối FC đặc biệt có khả năng trao đổi một lượng dữ liệu lớn với các khối chương trình khác. Các dữ liệu này phải được tổ chức thành khối dữ liệu riêng có tên gọi là Data block. Một chương trình ứng dụng có thể có nhiều khối FB và các khối FB này được phân biệt với nhau bằng một số nguyên sau nhóm ký tự FB. Như FB1, FB2... -Loại khối DB(Data block): Khối chứa các dữ liệu cần thiết để thực hiện chương trình. Các tham số của khối do người dùng tự đặt. Một chương trình ứng dụng có thể có nhiều khối DB và các khối DB này được phân biệt với nhau bằng một số nguyên sau ký tự DB như DB1, DB2... Chương trình trong các khối được liên kết với nhau bằng các lệnh gọi khối, chuyển khối. Xem những phần chương trình trong các khối như là các chương trình con thì S7-300 cho phép gọi chương trình con lồng nhau, tức là chương trình con này gọi một chương trình con khác và từ chương trình con được gọi lại gọi tới một chương trình con thứ 3...Số các lệnh gọi lồng nhau phụ thuộc vào chủng loại module CPU mà ta sử dụng. Ví dụ với module CPU314 thì số lệnh gọi lồng nhau nhiều nhất có thể cho phép là 8. Nếu số lần gọi khối lồng nhau mà vượt quá con số giới hạn cho phép, PLC sẽ tự động chuyển sang chế độ STOP và đặt cờ báo lỗi. Hệ điều hành OB1 FC1 FB2 FC7 FB5 FC3 FB9 ... ... Số các lệnh gọi lồng nhau nhiều nhất cho phép phụ thuộc vào từng loại module CPU Lập trình có cấu trúc Khối OB1 luôn được PLC quét và thực hiện các lệnh từ lệnh đầu tiên đến lệnh cuối cùng và quay lại lệnh đầu tiên như lập trình tuyến tính 3. Những khối OB đặc biệt Trong khi khối OB1 được thực hiện đều đặn ở từng vòng quét trong giai đoạn thực hiện chương trình( giai đoạn 2) thì các khối OB khác chỉ được thực hiện khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt tương ứng, nói các khác chương trình viết cho các khối OB này là chương trình xử lý tín hiệu ngắt. Chúng bao gồm: +Khối OB10( Time of Day Interrupt): Chương trình trong khối OB10 sẽ được thực hiện khi giá trị của đồng hồ thời gian thực nằm trong một khoảng thời gian đã được quy định. OB10 có thể được gọi một lần, nhiều lần cách đều nhau từng phút, từng giờ, từng ngày... Việc quy định khoảng thời gian hay số lần gọi OB10 được thực hiện nhờ chương trình hệ thống SF28 hoặc trong bảng tham số của module CPU nhờ phần mềm STEP7. +Khối OB20(Time Delay Interrupt): Chương trình trong khối OB20 sẽ được thực hiện sau một khoảng thời gian trễ đặt trước kể từ khi gọi chương trình hệ thống SFC32 để đặt thời gian trễ. +Khối OB35(Cyclic Interrupt): Chương trình trong khối OB35 sẽ được thực hiện cách đều nhau một khoảng thời gian cố định. Mặc định, khoảng thời gian này là 100ms, song ta có thể thay đổi nó trong bảng tham số của modle CPU nhờ phần mềm STEP7. +Khối OB40(Hardware Interrupt): Chương trình trong OB40 sẽ được thực hiện khi xuất hiện một tín hiệu báo ngắt từ ngoại vi đưa vào module CPU thông qua các cổng vào/ra số onboad đặc biệt, hoặc thông qua các module SM, CP, FM. +Khối OB80(Cyle Time Fault): Chương trình trong khối OB80 sẽ được thực hiện khi thời gian vòng quét vượt quá khoảng thời gian cực đại đã quy định hoặc khi có tín hiệu ngắt gọi một khối OB nào đó mà khối OB này chưa kết thúc ở lần gọi trước. Mặc định scan time cực đại là 150ms, nhưng có thể thay đổi nó thông qua bảng tham số của module CPU nhờ phần mềm STEP7. +Khối OB81(Power Supply Fault): Module CPU sẽ gọi chương trình trong khối OB81 khi phát hiện thấy có lỗi về nguồn nuôi. +Khối OB82(Diagnostick Interrupt): Chương trình trong khối OB82 sẽ được gọi khi CPU phát hiện thấy có sự cố từ các module vào/ra mở rộng. Các module mở rộng này phải có khả năng tự kiểm tra mình(diagnostic cabilities). +Khối OB85(Not Load Fault): CPU sẽ gọi khối này khi phát hiện thấy chương trình ứng dụng có sử dụng chế độ ngắt nhưng chương trình xử lý tín hiệu ngắt lại không có trong khối OB tương ứng. +Khối OB87(Communication Fault): Khối này sẽ được gọi khi CPU phát hiện thấy lỗi trong truyền thông ví dụ như không có tín hiệu trả lời từ đối tác. +Khối OB100(Start Up Information): Khối này sẽ được thực hiện một lần khi CPU chuyển trạng thái từ STOP sang RUN. +Khối OB101(Cold Start Up information - chỉ có ở S7-400)khối này sẽ được thực hiện một lần khi công tắc nguồn của CPU chuyển trạng thái từ OFF(Tắt) sang ON(mở). +Khối OB121( Synchronous error): Khối này được thực hiện khi CPU phát hiện thấy lỗi logíc trong chương trình như đổi sai kiển dữ liệu hoặc lỗi truy nhập khối DB, FC, FB không có trong bộ nhớ của CPU. +Khối OB122(Synchronous error)Khối này sẽ được thực hiện khi CPU phát hiện thấy lỗi truy nhập module trong chương trình, ví dụ có lệnh truy nhập module vào/ra mở rộng nhưng lại không tìm thấy module này. iV.Ngôn ngữ lập trình Các loại CPU nói chung có nhiều ngôn ngữ lập trình nhằm phục vụ các đối tượng sử dụng khác nhau. PLC S7-300 có 3 ngôn ngữ lập trình cơ bản: STL LAD FBD STL là ngôn ngữ mạnh nhất trong ba loại ngôn ngữ lập trình cho S7-300 Ngôn ngữ “liệt kê lệnh” ký hiệu là STL(Statement list). Đây là ngôn ngữ lập trình thông thường của máy tính. Một chương trình được ghép bởi nhiều câu lệnh theo một thuật toán nhất định, mỗi lệnh chiếm một hàng và đều có cấu trúc chung “tên lệnh”+ “toán hạng”. Ngôn ngữ “hình thang”, ký hiệu là LAD(Ladder logic). Đây là dạng ngôn ngữ đồ hoạ thích hợp với những người quen thiết kế mạch điều khiển logic. Ngôn ngữ “hình khối”, ký hiệu là FBD(Function block diagram). Đây cũng là kiểu ngôn ngữ đồ hoạ dành cho người có thói quen thiết kế mạch điều khiển số. Statement List STL A I0.0 A I0.1 O A I0.2 A I0.3 = Q4.1 Ladder Diagram LAD I0.0 I0.1 Q4.1 I0.2 I0.3 Function Block Diagram FBD I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 1 & & Ba kiểu ngôn ngữ lập trình cho S7-300 Một chương trình viết trên LAD hoặc FBD có thể chuyển sang được dạng STL, nhưng ngược lại thì không. Trong STL nhiều lệnh không có trong LAD hay FBD. V. Phần mềm lập trình Chương trình của PLC được viết trên máy PC hay máy lập trình (PG) bằng một phần mềm lập trình chuyên dụng, và được download xuống PLC qua cổng truyền thông nối tiếp . Máy tính hay máy lập trình được ghép nối với module CPU qua cổng truyền thông nối tiếp RS232(COM) của máy tính hay qua cổng MPI (MPI card) hay CP (CP card) là còn tuỳ thuộc vào bộ giao diện được sử dụng. Cũng tương tự có nhiều cách ghép nối PLC với máy tính. Hiện nay phần mềm được dùng chủ yếu là Step7. Với Step7 PLC phải được ghép nối với máy tính thông qua cổng lập trình RS485. Step7 là một phần mềm chuyên dụng hỗ trợ: Khai báo cấu hình cứng cho một trạm PLC thuộc họ Simatic S7-300/400 Xây dựng cấu hình mạng gồm nhiều trạm PLC S7-300/400 cũng như thủ tục truyền thông giữa chúng. Soạn thảo và cài đặt chương trình điều khiển cho một hoặc nhiều trạm Quan sát việc thực hiện chương trình điều khiển trong một trạm PLC và gỡ rối chương trình. Ngoài ra Step7 còn có cả một thư viện đầy đủ với các hàm chuẩn hữu ích, phần trợ giúp online rất mạnh có khả năng trả lời mọi câu hỏi của người sử dụng về cách sử dụng Step7, về cú pháp lệnh trong lập trình, về xây dựng cấu hình cứng của một trạm cũng như của một mạng gồm nhiều trạm PLC… Chương V. Thiết kế hệ điều khiển cầu trục I.Hệ thống cầu trục cũ của nhà máy thuỷ điện Ialy 1.Đặc điểm của thiết bị điều khiển của hệ thống cũ Các động cơ dùng cho cơ cấu nâng hạ là động cơ không đồng bộ roto dây quấn, cơ cấu di chuyển dùng động cơ một chiều kích từ độc lập. Mạch điều khiển của hệ thống là sự tổng hợp của các role, các công tắc tơ theo phương pháp lôgic tiếp điểm. Quá trình mở máy, điều chỉnh tốc độ thực hiện bằng cách đóng cắt dần điện trở phụ trong mạch roto của động cơ. 2.Ưu nhược điểm của hệ thống cần trục HK1009 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha bằng cách thay đổi điện trở phụ mạch roto có các ưu điểm sau: Hệ thống cần trục HK1009 điều chỉnh tốc độ động cơ bằng phương pháp thay đổi điện trở phụ rôto nên có những ưu nhược điểm sau: - Có tốc độ phân cấp. - Tốc độ điều chỉnh nhỏ hơn tốc độ cơ bản. - Tự động hóa trong điều chỉnh được dể dàng. - Hạn chế được dòng mở máy. - Làm tăng khả năng mở máy của động cơ khi đưa điện trở phụ vào mạch roto - Các thao tác điều chỉnh đơn giản. Mặc dù có các ưu điểm như trên nhưng vẫn còn các nhược điểm sau: Tốc độ ổn định kém Có tốc độ phân cấp lớn, dải điều chỉnh tốc độ không trơn Dải điều chỉnh tốc độ : D = hẹp không thuận lợi cho quá trình điều khiển và khả năng ứng dụng Tổn thất năng lượng lớn. Việc đóng mở các thyristor không chính xác và đúng thời điểm dẫn đến việc hỏng hàng loạt các thyristor dẫn đến chi phí thay thế sửa chữa lớn và không kinh tế. II.Thiết kế hệ thống mới 1.Lựa chọn biến tần và bộ điều khiển động cơ một chiều Nhà máy thủy điện IALY dùng cẩu trục cẩu các thiết bị lên các độ cao khác nhau để thay thế và lắp ráp. Hệ thống cầu trục cũ của nhà máy có 4 động cơ để di chuyển cầu trục, 2 động cơ dịch chuyển xe rùa, ba động cơ để nâng hạ. Khi thiết kế hệ thống mới nhận thấy các động cơ này vẫn hoạt động tốt và đảm bảo các chỉ tiêu về kỹ thuật vì thế ta sử dụng các động cơ sẵn có của hệ thống cũ nên không phải tính toán lựa chọn động cơ. Các thông số động cơ của hệ thống cầu trục IALY : 4 động cơ dịch chuyển cầu trục : Điện áp định mức : Uđm =220VDC Công suất định mức : Pđm =2,2KW Dòng điện định mức : Iđm = 14A Tốc độ định mức : nđm = 1080v/phút Từ các thông số động cơ dịch chuyển cầu trục ta lựa chọn bộ điều khiển các động cơ chạy dọc Cross SIMOREG 6RA70 trong dải dòng điện nhà sản xuất cung cấp để phù hợp với động cơ ta chọn. Từ bảng dải thông số dòng điện của bộ biến đổi điều khiển động cơ một chiều SIMOREG DC Master của nhà sản xuất cung cấp ta lựa chọn bộ biến đổi SIMOREG 6RA7018- 6DV62 ý nghĩa mã hiệu của bộ biến đổi: 6 R A 7 0 1 8 - 6 D V 6 2 Điềukhiển vòng kín 2: Trường ĐK Điều khiển vòng kín 6: 4Q digital Kết nối bộ ĐK V: 4Q Khoảng điện áp cấp D: 400V 6:ThyristormodulesNhiệt độ môi trường 18: >28.0 <31.5 °C 70: SIMOREG DC Master Mã mặc định của nhà sản xuất Bảng thông số của bộ biến đổi SIMOREG 6RA7018- 6DV62 Thông số của bộ biến đổi đã chọn: Uvào = 380-415±10% f = 48-63Hz Iout = 60A U out = 420VDC; 2 động cơ dịch chuyển xe rùa : Điện áp định mức : Uđm =220VDC Công suất định mức: Pđm =3,2KW Dòng điện định mức: Iđm = 19.5A Tốc độ định mức : nđm = 1060v/phút Từ các thông số động cơ dịch chuyển xe rùa ta lựa chọn bộ điều khiển các động cơ xe rùa SIMOREG 6RA70-6DV62: Uvao=380-415±10% f=48-63Hz Iout=60A, U out=420VDC; Động cơ cẩu 10 tấn: Điện áp định mức : Uđm =380VAC Công suất định mức: Pđm =22KW Dòng điện định mức: Iđm = 48A Tốc độ định mức : nđm = 1380v/phút Chế độ làm việc : Nặng nề Từ thông số của động cơ ta lựa chọn biến tần tương ứng phù hợp với công suất, điện áp ,dòng điện và chế độ làm việc của động cơ: Từ dải công suất của biến tần nhà sản xuất cung cấp ta lựa chọn được biến tần cho động cơ cẩu 10 tấn:Biến tần ABB mã hiệu: ACC 601-0050-3 ý nghĩa mã hiệu của biến tần: A C S 6 0 1 - 0 0 5 0 - 3  3=380/400/415VAC Cấu trúc 1=Có vỏ bọc Input Bridge 0=Chỉnh lưu 6 xung Dải công suất 0050=30KW Họ sản phẩm 6=ACS 600 Loại sản xuất CC = Crane Drive Mã mặc định của nhà sản xuất A= AC Drive *Biến tần chọn thỏa mãn điều kiện làm việc của động cơ và phù hợp với các thông số của động cơ. Động cơ cẩu 80 tấn: Điện áp định mức : Uđm =380VAC Công suất định mức: Pđm =75KW Dòng điện định mức:Iđm = 151A Tốc độ định mức : nđm = 955v/phút Chế độ làm việc : Nặng nề Từ thông số của động cơ ta lựa chọn biến tần tương ứng phù hợp với công suất, điện áp ,dòng điện và chế độ làm việc của động cơ. Tương tự như chọn biến tần cho cẩu 10 tấn, từ dải công suất biến tần nhà sản xuất cung cấp ta lựa chọn được biến tần cho động cơ cẩu 80 tấn:Biến tần ABB mã hiệu: ACC 607-0140-3 ý nghĩa mã số của biến tần: A C C 6 0 7 - 0 1 4 0 - 3 3=380/400/415VAC Cấu trúc 7=Regenerativev 4Q thyristor bridge Input Bridge 0=Chỉnh lưu 6 xung Dải công suất 0140=90KW Họ sản phẩm 6=ACS 600 Loại sản xuất CC = Crane Drive Mã mặc định của nhà sản xuất A= AC Drive -Động cơ cẩu 250 tấn: Điện áp định mức : Uđm =380VAC Công suất định mức: Pđm =37KW Dòng điện định mức: Iđm = 89A Tốc độ định mức : nđm = 720v/phút Chế độ làm việc : Nặng nề Tương tự như chọn biến tần cho cẩu 10 tấn, từ dải công suất biến tần nhà sản xuất cung cấp ta lựa chọn được biến tần cho động cơ cẩu 250 tấn:Biến tần ABB mã hiệu: ACC 601-007-3 ý nghĩa mã số của biến tần: A C S 6 0 1 - 0 0 7 0 - 3 3=380/400/415VAC Dải công suất 0070=45KW Cấu trúc 1=Có vỏ bọc Mã mặc định của nhà sản xuất A= AC Drive Loại sản xuất CC = Crane Drive Họ sản phẩm 6=ACS 600 Input Bridge 0=Chỉnh lưu 6 xung Bảng thông số các biến tần ABB và bộ biến đôi SIMOREG dùng điều khiển các động cơ nâng hạ và dịch chuyển cầu trục, xe rùa STT Tên gọi, ký mã hiệu, thông số kỹ thuật ĐVT SL Bộ điều khiển động cơ cẩu 250 T (380VAC-37KW) 1 - Mã hiệu: ACS 601-007-3 - Chế độ làm việc: Heavy duty - Thông số kỹ thuật: Nguồn cấp cho biến tần: 3 pha; UN = 380 - 415 ±10%; f = 48-63Hz, Icắt ngắn mạch =50KA trong 1s Điện áp đầu ra: 0...UN Tần số đầu ra: 0... 300Hz (0... 120Hz With du/dt filter) Dòng làm việc của biến tần: I = 89A Dòng làm việc quá tải 150% I trong 1 phút : I =134A Dòng làm việc quá tải 200% I trong 2 giây :I =178A Công suất làm việc: P = 45Kw Bộ 01 Bộ điều khiển động cơ cẩu 80T (380VAC-75KW) 1 - Mã hiệu: ACS 607-0140-3 - Chế độ làm việc: Heavy duty - Thông số kỹ thuật: Nguồn cấp cho biến tần: 3 pha; UN = 380 – 415 ± 10% ; f = 48-63Hz, Icắt ngắn mạch = 50KA trong 1s Điện áp đầu ra: 0...UN Tần số đầu ra: 0... 300Hz (0... 120Hz With du/dt filter) Dòng làm việc của biến tần: I= 89A Dòng làm việc quá tải 150% I trong 1 phút : I =134A Dòng làm việc quá tải 200% I trong 2 giây :I =178A Công suất làm việc: P = 90Kw Bộ 01 Bộ điều khiển động cơ cẩu 10T (380VAC- 22KW) 1 - Mã hiệu: ACS 601-0050-3 - Chế độ làm việc: Heavy duty - Thông số kỹ thuật: Nguồn cấp cho biến tần: 3 pha; UN = 380 - 415 ± 10% ; f = 48-63Hz, Icắt ngắn mạch =50KA trong 1s Điện áp đầu ra: 0...UN Tần số đầu ra: 0... 300Hz (0... 120Hz With du/dt filter) Dòng làm việc của biến tần: I = 62A Dòng làm việc quá tải 150% I trong 1 phút : I =93A Dòng làm việc quá tải 200% I trong 2 gi ây : I =124A Công suất làm việc: P = 30Kw Bộ 01 Bộ điều khiển 4 động cơ một chiều dịch chuyển cầu trục SIMOREG 6RA70 1 SIMOREG 6RA7018- 6DV62 Uvao=380-415(+15%/-20%) f=48-63Hz Iout=60A, U out=420VDC Bộ điều khiển 2 động cơ một chiều dịch chuyển cầu trục SIMOREG 6RA70 1 SIMOREG 6RA70-6DV62: Uvao=380-415±10% f=48-63Hz Iout=60A, U out=420VDC; 2.Lựa chọn PLC và các modul vào ra - Để điều khiển hệ thống ta dùng một bộ PLC có các đầu vào/ra để thu thập các tín hiệu và xử lý chúng. Ta dùng bộ PLC S7-300 là do có các ưu điển là chính xác, dễ dàng thay đổi chương trình ... Các tín hiệu điều khiển từ các Panel điều khiển tại ca bin điều khiển được đưa về PLC, PLC xử lý và đưa tín hiệu ra tương ứng để điều khiển các động cơ. Các panel điều khiển được mã hóa bằng các sensor quang thông qua rơle trung gian để đưa tín hiệu về PLC, PLC xử lý và đưa tín hiệu ra tương ứng để điều khiển các động cơ. PLC gồm có: +Bộ nguồn cấp điện áp cho CPU PLC +CPU S7300-CPU314 +3 module vào số SM321: 16 đầu vào Input1: I0.0 : Đóng công tắc tơ KM I0.1 : Ngắt công tắc tơ KM I0.6 : Kiểm tra hạn vị cầu trục(SQ1...SQ5 OK) I1.0 : Dừng khẩn cấp cẩu 250t I1.1 : Chọn cẩu 80t I1.2 : Chọn cẩu 250t I1.3 : Lỗi biến tần BT1 I1.4 : Lỗi biến tần BT2 I1.5 : Lỗi aptomat QF2 I1.6 : Lỗi aptomat QF3 Input2: I4.0 : Lỗi R hãm 80t I4.1 : Tín hiệu từ R1.1 I4.2 : Tín hiệu từ R1.2 I4.3 : Tín hiệu từ R1.3 I4.4 : Tín hiệu từ R1.4 I4.5 : Tín hiệu từ R1.5 I4.6 : Tín hiệu từ R1.6 I4.7 : Tín hiệu từ R1.7 I5.0 : Tín hiệu từ R1.8 I5.1 : Tín hiệu từ R1.9 I5.2 : Tín hiệu từ R1.10 I5.3 : Tín hiệu từ R1.11 I5.4 : Tín hiệu từ R1.12 I5.5 : Tín hiệu từ R6.3 I5.6 : Tín hiệu từ R6.4 I5.7 : Tín hiệu dừng khẩn cấp cẩu 80t Input3: I8.0 : Tín hiệu từ R2.1 I8.1 : Tín hiệu từ R2.2 I8.2 : Tín hiệu từ R2.3 I8.3 : Tín hiệu từ R2.4 I8.4 : Tín hiệu từ R7.2 (Báo giới hạn dây cẩu 10t) I8.5 : Tín hiệu từ R7.3 (Báo giới hạn dưới dây cẩu 10t) I9.0 : Lỗi R hãm 10t I9.1 : Lỗi biến tần BT3 I9.2 : Lỗi aptomat QF4 I9.3 : Dừng khẩn cấp cẩu 10t +2 module vào/ra SM 323 : 16 đầu vào, 16 đầu ra Input4: I12.0 : Tín hiệu từ R3.1 I12.1 : Tín hiệu từ R3.2 I12.2 : Tín hiệu từ R3.3 I12.3 : Hạn vị xe rùa I12.4 : Hạn vị xe rùa I12.5 : Lỗi QF5.1, QF5.2, QF5.3 I12.6 : Lỗi bộ điều khiển xe rùa CT1 I12.7 : Dừng khẩn cấp xe rùa Output1: Q16.0 : Zero position 250t Q16.1 : Start Dir A 250t Q16.2 : Start Dir B 250t Q16.3 : Slow down 250t Q16.4 : Fast stop 250t Q17.0 : Zero position 80t Q17.1 : Start Dir A 80t Q17.2 : Start Dir B 80t Q17.3 : Slow down 80t Q17.4 : Fast stop 80t Input5: I16.0 : Tín hiệu từ R4.1 I16.1 : Tín hiệu từ R4.2 I16.2 : Tín hiệu từ R4.3 I16.3 : Hạn vị cầu trục I16.4 : Hạn vị cầu trục I16.5 : Hạn vị cầu trục I16.6 : Lỗi bộ điều khiển cầu trục CT2 I16.7 : Lỗi QF6.1, QF6.2, QF6.3 I17.0 : Dừng khẩn cấp cầu trục I17.1 :Dừng khẩn cấp chung Output2: Q20.0 : Zero position 10t Q20.1 : Start Dir A 10t Q20.2 : Start Dir B 10t Q20.3 : Slow down 10t Q20.4 : Fast stop 10t Q20.5 : Enable xe rùa Q20.6 : Start/Stop xe rùa Q20.7 : Chạy tiến xe rùa Q21.0 : Chạy lùi xe rùa Q21.1 : Enable cầu trục Q21.2 : Start/Stop cầu trục Q21.3 : Chạy tiến cầu trục Q21.4 : Chạy lùi cầu trục Q21.5 : Đóng công tác tơ KM +1 module ra tương tự SM332: 4 đầu ra tương tự để đưa ra các tín hiệu tương tự từ 0 đến 10 V tương ứng với 0 đến 100% tốc độ động cơ CH0 : Tín hiệu analog tới X21 của biến tần BT1 CH1 : Tín hiệu analog tới X21 của biến tần BT2 CH2 : Tín hiệu analog tới X21 của biến tần BT3 3. Tính toán và chọn điện trở hãm cho biến tần Quá trình hãm là hãm động cơ khi động cơ hạ tải và giảm tốc độ động cơ. Trong quá trình hạ tải tốc độ của động cơ tăng lên do thế năng của tải. Khi đó động cơ sẽ làm việc ở chế độ máy phát năng lượng từ động cơ được biến đổi thành điện áp một chiều.Ta phải khống chế động cơ hạ tải ở một tốc độ xác định, ACS600 dùng điện trở để tản năng lượng điện đó. chỉnh lưu Nghịchlưu ĐC +UDC -UDC R UN Sơ đồ mạch có điện trở hãm Tính chọn công điện trở hãm cho cẩu 250t Tính toán điện trở hãm theo phương pháp công suất hãm lớn nhất -Công suất lớn nhất mà động cơ sinh ra trong quá trình hạ : + Khoảng cách hạ là 25 m + Vận tốc hạ lớn nhất 0.048 m/s + Tải trong max 250T vmax = hmax/t Suy ra : Pmax = mmax.gmax.vmax = 250.103 .10.0,048 = 120000W = 120 KW Pmax là công suất lớn nhất có thể sinh ra trong quá trình hãm, thực tế trong quá trình nâng hạ cẩu chỉ hạ khoảng 20% thời gian làm việc. P20% = 20.120/100 = 18KW Ta chọn điện trở hãm theo P20% -Chọn điện trở R: Chọn điện trở sao cho năng lượng tản ra trong 400s của động cơ không vượt quá năng lượng tản của điện trở + Năng lượng của động cơ sinh ra trong 400s của động cơ là: P400s = P20% .400 = 7200 KJ + Chọn R sao cho ER > P400s Từ bảng thông số thiết bị ta chọn loại : SAFUR125F500 R = 4 ER = 3600KJ PR = 9 KW -Ta thấy ER <P400s do đó ta phải mắc 2 điện trở song song để có Etổng= 2.3600 =7200KJ = P400s Tính chọn điện trở hãm cho cẩu 10t và 80t tương tự như trên Bộ hãm: +Cẩu 250t Brake chopper: NBRA-656 U = 400VAC Phmax = 79.5Kw Brake resistor :SAFUR125F500 R= 4; Pr = 9Kw; Er = 3600KJ +Cẩu 80t Brake chopper: NBRA-658 U = 400VAC Phmax = 154.5Kw Brake resistor :SAFUR200F500 R= 2.7; Pr = 13.5Kw; Er = 5400KJ +Cẩu 10t Brake chopper: NBRA-653 U = 400VAC Phmax =5Kw Brake resistor :SACE08RE44 R= 44; Pr = 1Kw; Er = 210KJ Bảng điện trở hãm và bộ điều khiển hãm tương ứng III.Thiết kế phần cứng cho mạch điều khiển Sơ đồ mạch điện