Nghiên cứu ứng dụng PLC S7-200 và biến tần Simens vào quá trình nâng hạ địên cực lò hồ quang

bảo vệ chống quá nhiệt trong những điều kiện như vậy cần thiết phải có một cảm biến nhiệt độ PTC gắn ở động cơ và được nối với các đầu nối điều khiển của biến tần như hình vẽ: MOTOR PTC Inverter Control 15 Terminals 4. Sơ đồ khối của MICROMASTER Vector: Hình 4.3 III. Điều khiển và vận hành cơ bản. 1. Điều khiển: a. Panel điều khiển đặt trước: Có thể nhập thông số yêu cầu bằng 3 nút đặt thông số (P, ) trên bảng mặt trước của bộ biến tần. Các số của thông số và các giá trị được hiển thị trên màn hình hiển thị LED4 JOG Nút JOG: Bấm nút này khi bộ biến tần ngừng chạy làm cho máy khởi động và chạy ở tần số đã đặt trước. Bộ biến tần dừng ngay khi buông nút ấn này ra. Bấm nút này khi máy đang chạy sẽ không có hiệu lực. Nút này bị cấm nếu P123 = 0 Nút: RUN: Bấm nút này để khởi động bộ biến tần, nút này bị cấm nếu P121 = 0 Nút STOP: Bấm nút này để bộ biến tần ngưng hoạt động LED Display Màn hình hiển thị LED 4 số. Hiển thị tần số (mặc định) số, thông số hoặc giá trị thông số (khi ấn P) hoặc hiển thị mã lỗi Nút tiến/ lùi Bấm nút này để đổi chiều quay động cơ, nút này bị cấm nếu P122 = 0 Nút lên: Bấm nút này để đặt các thông số và giá trị thông số tới giá trị cao hơn. Nút này không có hiệu lực khi đặt thông số P124= 0 Nút xuống: Bấm nút này để đặt các thông số và giá trị các thông số tới giá trị thấp hơn. Nút này không có hiệu lực khi P124= 0 P Nút đặt thông số: Bấm nút này để chuyển đổi các thông số và giá trị thông số. Nút này bị cấm nếu P051P055 hoặc P356= 14 khi sử dụng các đầu vào số. b. Chuyển mạch lựa chọn DIP: hình 4.4 Có 5 chuyển mạch lựa chọn DIP có thể đặt phù hợp với thông số P023 hoặc P323 tuỳ theo chế độ làm việc của biến tần hình 4.4 thể hiện các vị trí chuyển mạch theo chế độ chuyển mạch khác nhau. 2. Vận hành cơ bản. a. Khái quát: + Bộ biến tần không có khoá nguồn chính vì vậy nó luôn luôn hoạt động khi khoá nguồn đóng. Nó chuyển sang trạng thái chờ với các đầu ra không hoạt động cho đến khi bấm nút RUN hoặc có tín hiệu ON qua đầu nối 5 (quay sang phải) hoặc đầu nối 6 (quay sang trái) xem phần các thông số. P051-P005 và P356. + Nếu tần số đầu ra (P001= 0) được chọn hiển thị trên màn hình, điểm đặt tương ứng được đặt hiển thị khoảng chừng 1.5 s mỗi lần khi bộ biến tần ngừng chạy. + Bộ biến tần được đặt chương trình tại nhà máy cho các ứng dụng tiêu chuẩn trên các động cơ chuẩn 4 cực. Khi sử dụng các động cơ khác cần phải nhập các thông số kĩ thuật từ bảng ghi công suất vào các thông số P080 tới P085 (xem hình 4.5) lưu ý không thể nhập các thông số này trừ khi P009= P002 hoặc P003. Nếu bộ biến tần sử dụng cho một động cơ 8 cực đặt P082 với tốc độ gấp 2 lần tốc độ danh định của động cơ. Nếu biết rằng điều này sẽ làm cho màn hình hiển thị gấp đôi số vòng trên phút thực tế khi P001= P005 Hình 4.5: Ví dụ nhãn ghi công suất động cơ tiêu chuẩn. Chú ý: Đảm bảo tằng động cơ được ghi cấu hình chính xác, ví dụ trong các ví dụ trên các thông số được ghi theo cấu hình liên kết với đầu nối tam giác điện áp 220V b. Kiểm tra ban đầu. + Kiểm tra tất cả các dây dẫn được nối chính xác và thiết bị phải được đặt ở vị trí an toàn. + Đóng nguồn cấp điện cho biến tần. + Đảm bảo an toàn trước khi khởi động động cơ, ấn nút RUN trên biến tần màn hình sẽ hiển thị 5.0 và động cơ bắt đầu quay biến tần sẽ gia tốc lên 5 Hz trong 1s. + Đảm bảo rằng động cơ quay đúng chiều yêu cầu cần ấn nút. FORWARD/ REVERSE nếu cần. + ấn nút STOP trên biến tần màn hình sẽ hiển thị 0.0 động cơ giảm tốc độ dần và kết thúc quá trình dừng sau 1s. c. Hướng dẫn 10 thao tác cơ bản. Phương pháp cơ bản để cài đặt biến tần được miêu tả dưới đây, phương pháp này sử dụng 1 điểm đặt tần số (digital) và chỉ yêu cầu thay đổi thông số tối thiểu từ giá trị mặc định giả sử một động cơ 4 cực tiêu chuẩn của động cơ siemens được nối với biến tần (nếu sử dụng động cơ kiểu khác xem lại phần vận hành cơ bản 2.a) Step/Action Buttion Display 1. cấp nguồn cho biến tần 0.0 5.0 2. ấn nút nhập thông số P P000 3. ấn nút đến khi P005 được hiển thị P005 4. ấn nút P để hiển thị điểm đặt tần số hiện thời (Giá trị mặc định của nhà máy là 5 Hz) P P005.o 5. ấn nút để đạt giá trị điểm đặt tần số theo yêu cầu ví dụ 35 Hz 035.0 6. ấn nút P để lưu giá trị vừa đặt của bộ nhớ vào biến tần P 7. ấn nút để quay về P000 P000 8. ấn nút P để thoát khỏi thủ tục đặt thông số màn hình sẽ hiển thị chuyển đổi giữa giá trị tần số ra hiện thời và giá trị tần số đặt P 0.0 35.0 9. Khởi động biến tần bằng nút RUN, trục động cơ sẽ quay và màn hình hiển thị tần số đang gia tốc lên giá trị tần số đạt 35 Hz. Chú ý: Điểm đặt tần số sẽ đạt được sau 7s (mặc định thời gian tốc độ đặt bởi P002 là 10s để đạt tới tần số 50 Hz là giá trị tần số động cơ lớn nhất được đặt mặc định trong P013). Nếu cần có thể thay đổi tốc độ động cơ bằng các nút (Đặt P011 = 001 để lưu giá trị đặt tần số mới của biến tần khi biến tần ngừng chạy) 0.0 10. Dừng biến tần bằng nút STOP. Động cơ sẽ giảm tốc độ và dừng lại. 35.0 3. Các chế độ vận hành 3.1 Điều khiển số Digital: + Đối với cấu hình khởi động cơ bản sử dụng điều khiển số quá trình diễn ra như sau: - Nối đầu nối khởi động chính tới đầu nối 5 qua một công tắc tắt/ mở bình thường, nó sẽ làm cho bộ biến tần quay theo chiều kim đồng hồ (mặc định). - Lắp vỏ vào và đóng nguồn chính cấp cho biến tần đặt thông số P009 tới P002 hoặc P003 để cho tất cả các thông số đều điều chỉnh được. - Kiểm tra thông số P006 được đặt tới P000 để định rõ điểm đặt số digital. - Đặt thông số P007 tới P000 để định rõ đầu vào số (VD: DIN1, đầu nối 5 trong trường hợp này) và làm bảng điều khiển đặt trước mất hiệu lực. - Đặt thông số P005 tới điểm đặt tần số mong muốn. - Đặt thông số P080 tới P085 theo đúng như bảng công suất trên động cơ. - Đặt công tắc tắt/ mở bên ngoài vị trí đóng (ON) bộ biến tần bây giờ sẽ điều khiển động cơ ở tần số do P005 đặt. 3.2 Điều khiển tương tự. + Đối với cấu hình khởi động cơ bản sử dụng điều khiển tương tự quá trình diễn ra như sau: - Nối đầu nối điều khiển 9 tới đầu nối 5 qua một công tắc tắt/ mở bình thường, nó sẽ làm cho biến tần quay theo chiều kim đồng hồ (mặc định). - Nối một triết áp 4.7 K tới các đầu nối điều khiển như trong hình 5.1 và 5.3 hoặc nối chân 2 (0V) tới chân 4 và đưa một tín hiệu từ 0 10V vào giữa chân 2 (0V) và chân 3 (AIN+). - Đặt SW1 của chuyển mạch lựa chọn DIP vào vị trí đầu vào điện áp (V). - lắp vỏ vào và đóng nguồn chính cho bộ biến tần, đặt thông số P009 tới 002 hoặc 003 để cho tất cả các thông số đều điều chỉnh được. - Kiểm tra thông số P006 được đặt tới 001 để định rõ điểm đặt tương tự. - Đặt thông số P007 tới 000 để định rõ đầu vào số (ví dụ: DIN1, đầu nối 5 trong trường hợp này) và làm bảng điều khiển mặt trước mất hiệu lực. - Đặt thông số P021 và P022 để định rõ các mức đặt thông số đầu ra cực đại và cực tiểu. - Đặt thông số P080 tới P085 theo đúng như bảng công suất trên động cơ. - Đặt công tắc tắt/mở bên ngoài vị trí đóng. Quay triết áp (hoặc điều chỉnh điện áp tương tự) cho đến khi tần số mong muốn hiển thị trên bộ biến tần. 3.3 Các chế độ điều khiển động cơ. Các biến tần MMV và MDV có 4 chế độ điều khiển khác nhau theo quan hệ điều khiển giữa điện áp do biến tần cấp ra với tốc độ động cơ, chế độ điều khiển của động cơ được lựa chọn trong thông số P007 . - Điều khiển theo quan hệ tuyến tính điện áp/ tần số . - Điều khiển dòng từ thông (FCC) được sử dụng để duy trì từ thông của động cơ. - Điều khiển véc tơ không sensor, bộ biến tần sẽ tính toán sự thay đổi của điện áp đầu ra để duy trì tốc độ của động cơ theo yêu cầu. Các chế độ này được miêu tả rõ hơn sau đây. a. Chế độ điều khiển tuyến tính điện áp/ tần số (V/F)(P007= 0 hoặc 2). - Chế độ này được sử dụng cho động cơ đồng bộ hoặc nhiều động cơ nối song song với nhau, mỗi động cơ nên lắp riêng một rơle quá tải, nhiệt. Nếu 2 hay nhiều động cơ được điều khiển đồng thời bởi 1 biến tần. Trong nhiều trường hợp khi sử dụng các thông số mặc định của nhà máy thì giá trị điện trở stator được mặc định trong P089 sẽ thích hợp với công suất định mức mặc định trong P085, mục đích của biến tần và động cơ thường khác nhau do đó nếu đặt P008= 1 để thực hiện thủ tục tự động điều chỉnh điện tử stator bằng dòng liên tục P078 và tăng dòng khởi động P079 tuỳ thuộc vào giá trị điện trở stator, giá trị này quá cao sẽ làm ngắt do quá dòng và quá nhiệt động cơ. b. Chế độ điều khiển dòng từ thông (SCC)(P007= 1). - Chế độ điều khiển dòng từ thông được điều khiển bằng cách giám sát và duy trì từ thông động cơ liên tục. Điều này đảm bảo cho hệ thống đạt được đặc tính và hiệu suất tốt nhất. SCC không phức tạp như FVC do đó dễ thực hiện c. Chế độ điều khiển véc tơ không sensor (SVC)(P007= 3). - Khi chế độ điều khiển véc tơ không sensor SVC được lựa chọn (P007= 3) bộ biến tần sử dụng phương pháp nội suy động cơ kết hợp với việc đo dòng chính xác để tính toán vị trí và tốc độ của rotor, điều đó cho phép tối ưu hoá điện áp và tần số đưa vào động cơ để cải thiện đặc tính truyền động. - Mặc dù kông có phản hồi vị trí hay tốc độ điều khiển vẫn là hệ thống mạch vòng kín vì nó so sánh đặc tính nội suy của động cơ với đặc tính yêu cầu. Do đó hệ thống phải được cài đặt rất cẩn thận và ổn định tạo ra đặc tính truyền động tốt nhất. *. Cài đặt chế độ kiểu SVC. + Đặt các thông số P080-P085 đúng theo bảng công suất động cơ. + Lựa chọn chế độ điều khiển véc tơ không sensor (P007 = 3). + Đảm bảo động cơ làm mát và cho lệnh RUN. Màn hình sẽ hiển thị CAL cho biết nó đang xác định điện trở stator của động cơ. Sau vài giây động cơ sẽ chạy, việc xác định tự động chỉ xẩy ra trong lần đầu khởi động khi P007 được đặt tới 3. Nó có thể cưỡng bức thực hiện bằng cách thay đổi P007 hoặc đặt P008 = 1 việc ngắt quá trình tự động kiểm tra bằng cách tắt nguồn hoặc huỷ lệnh RUN có thể gây ra lỗi và việc tự động điều chỉnh có thể được lặp lại nếu các thông số của động cơ bị thay đổi thì việc kiểm tra tự động sẽ được thực hiện lại. + Giống như mọi hệ thống điều khiển, SVC cũng cần phải ổn định bằng việc cài đặt các thông số giới hạn khuếch đại tỷ lệ (P386 ) và khuếch đại tích phân (P387) các giá trị thực và giá trị đặt được xác định bằng cách kiểm tra tuy nhiên lên thực hiện các thủ tục sau: - Khi biến tần làm việc trong những điều kiện tiêu chuẩn tăng giá trị của P386 (tỷ lệ) lên cho đến khi tín hiệu không ổn định đầu tiên xuất hiện giảm giá trị này xuống một tí (khoảng 10%) đến khi tín hiệu ổn định xuất hiện trở lại như một nguyên tắc giá trị đặt tối ưu mong muốn tỷ lệ với quán tính tải. Ví dụ: P386 = (Quán tính tải + Quán tính trục động cơ )/ (Quán tính trục động cơ) - Bây giờ có thể điều chỉnh giá trị P387 (tích phân) khi biến tần làm việc trong điều kiện tiêu chuẩn, tăng giá trị của P387 lên đến khi tín hiệu tốc độ không ổn định đầu tiên xuấy hiện. Giảm giá trị này xuống một tý (khoảng 30%) đến khi tín hiệu ổn định xuất hiện trở lại. - Nếu lỗi F016 xuất hiện có nghĩa là SVC không ổn định cần tiếp tục điền chỉnh hoặc tiến hành lại thủ tục tự động kiểm tra. Điện áp liên kết một chiều cũng có thể là nguyên nhân gây mất ổn định trong chế độ điều khiển SVC (mã lỗi F011). Chú ý: Chế độ này có tác dụng điều khiển từ thông tốt nhất và tạo ra mô men cao hơn. 3.4 Dừng động cơ. Việc dừng động cơ có thể được thực hiện bằng nhiều cách: + Huỷ bỏ lệnh ON hoặc ấn OFF (O) trên tấm bảng mặt trước làm cho biến tần giảm tốc độ theo gía trị đặt trước (P003). + OFF2 Làm cho động cơ từ từ dừng lại (dừng tự do)(P051-P055 hoặc P356 được đặt tới 4 ). + OFF3 Làm cho động cơ dừng nhanh (P051-P055 hoặc P356 được đặt tới 5). + Phanh hãm dùng điện một chiều 250% làm cho động cơ dừng ngay lập tức sau khi huỷ bỏ lệnh ON (xem P037). + Hãm bằng điện trở cho MMV (xem P075). + Hãm kết hợp (xem P066). 4. Hệ thống các thông số. - Các thông số có thể được thay đổi và đặt bằng cách ấn các nút loại phủ màng mềm để điều chỉnh các tính năng của bộ biến tần như thời gian gia tốc, tần số cực đại và cực tiểu…Số của thông số được lựa chọn và giá trị đặt của thông số được hiển thị trên màn hình LED. - Việc truy cập tới các thông số được xác định bởi gía trị đặt trong P009. Kiểm tra các thông số chính cần thiết cho ứng dụng được đặt theo chương trình. - Các lựa chọn của P009 như sau: 0= Chỉ có các thông số từ P001 tới P009 có thể được đọc và đặt. 1= Các thông số P001 tới P009 có thể được đặt và tất cả các thông số khác chỉ có thể được đọc. 2= Tất cả các thông số có thể được đặt, nhưng P009 sẽ tự động được đặt tới 0 trong lần bật nguồn tiếp theo. 3= Tất cả các thông số luôn có thể được đặt. Lưu ý: Trong bảng thông số như sau: “*” Cho biết các thông số này có thể thay đổi được trong khi hoạt động. “***” Cho biết rằng giá trị của thông số đặt của nhà máy phụ thuộc vào hiệu suất biến tần. Thông Số Chức năng Phạm vi (Mặc định) Mô tả/ghi chú P000 Hoạt động màn hình Hiển thị đầu ra được lựa chọn trong P001. Trong trường hợp hỏng hóc, thông báo lỗi liên quan (Fnnn) được hiển thị. Trong trường hợp có sự cố, màn hình nhấp nháy P001* Lựa chọn hiển thị 0-9 [ 0 ] Hiển thị lựa chọn: 0= Tần số đầu ra (Hz). 1= Điểm đặt tần số (Hz) 2= Dòng cho động cơ (A) 3= Điện áp liên kết một chiều (V) 4= Mô men động cơ (%) 5= Tốc độ động cơ (rpm) 6= Trạng thái giao thức (USS) 7= Tín hiệu phản hồi PID (%) 8= Điện áp đầu ra (V) 9= Tần số tức thời của rotor / Trục động cơ (Hz) P002* Thời gian Gia tốc (s) 0-650.0 [ 10.0 ] Đây là thời gian mà động cơ tăng tốc từ chế độ dừng tới tần số cực đại như được đặt trong P013. Đặt thời gian gia tốc quá ngắn làm cho bộ biến tần ngưng hoạt động P003* Thời gian giảm tốc (s) 0-650.0 [ 10.0 ] Đây là thời gian mà động cơ giảm tốc độ từ tần số cực đại (P013) Đến khi ngưng chạy. Đặt thời gian giảm tốc quá ngắn làm cho bộ biến tần ngưng hoạt động. P004 Thời gian chạy êm (s) [ 0.0 ] Tăng tốc/giảm tốc (rất có ích trong các ứng dụng quan trọng để tránh “sốc”, VD hệ thống băng tải, dệt). Chức năng chạy êm chỉ có tác dụng nếu thời gian tăng/giảm vượt trên mức 0,3(s) P005* Điểm đặt tần số Digital (Hz) 0-650.0 [ 5.00 ] Thông số này đặt tần số mà bộ biến tần sẽ hoạt động khi chạy trong phương thức số (digital). Nó chỉ có hiệu lực nếu P006 = 0 hoặc 3 P006 Chọn kiểu đặt tần số 0-3 [ 0 ] Lựa chọn phương thức điều khiển tần số đặt cho biến tần. 0= Chiết áp động cơ kiểu số. Bộ biến tần chạy ở tần số đặt trong P005 là có thể điều chỉnh bằng cách sử dụng các nút và (chiết áp động cơ). Hoặc nếu P007 được đặt tới 0, tần số có thể được điều khiển bằng cách đặt 2 trong các đầu vào số ( P051-P055 hoặc P036) Tới các giá trị 11 và 12. 1= Tương tự (analogue). Điều khiển thông qua tín hiệu vào tương tự. 2= Tần số cố định. 3= Thêm điểm đặt tần số. Tần số yêu cầu = Tần số (P005) + Tần số cố định (P041-P044, P046-P049) P007 Điều khiển bằng bàn phím 0-1 [ 1 ] 0= RUN, JOG, REVERSE Mất tác dụng. Việc điều khiển được thông qua các đầu vào số. 1= Các nút điều khiển mặt trước có thể được chọn lựa có tác dụng hoặc vô tác dụng tuỳ theo vào cách đặt các thông số P121 - P124 P009* Đặt cấp bảo vệ thông số 0-3 [0] Xác định thông số nào có thể điều chỉnh: 0= Chỉ có các thông số từ P001 đến P009 có thể đọc/ đặt. 1= Các thông số P001 đến P009 có thể được đặt và các thông số khác chỉ có thể đọc. 2= Tất cả các thông số có thể được đọc/ đặt, nhưng P009 tự động trở về 0 khi nguồn bị cắt. 3= Tất cả các thông số có thể được đọc/đặt. P010* Tỷ lệ hiển thị 0-500.00 [1.00] Hệ số tỷ lệ cho hiển thị khi P001= 0, 1, 4, 5, 7 hoặc 9. Độ phân giải 4 số. P011 Nhớ điểm đặt tần số 0-1 [o] 0= Vô tác dụng. 1= có tác dụng khi máy tắt P012* Tần số động cơ cực tiểu (Hz) 0-650.00 [0] Đặt tần số cực tiểu cho động cơ (phảI nhỏ hơn giá trị P013) P013* Tần số động cơ cực đại (Hz) 0-650.00 [50.00] Đặt tần số cực đại cho động cơ P014 Tần số nhẩy 1 (Hz) 0-650.00 [0.00] Một tần số nhẩy có thể được đặt với thông số này để tránh các tác động cộng hưởng của bộ biến tần. Đặt P014= 0 để huỷ bỏ chức năng này P015* Tái khởi động tự động 0-1 [0] Đặt thông số này tới ‘1’ làm cho bộ biến tần tái khởi động một cách tự động sau khi nguồn cấp điện bị cắt, với điều kiện là nút RUN/ STOP vẫn đóng 0= Vô tác dụng. 1= Tái khởi động tự động P017* Kiểu chạy êm 1-2 [1] 1= Tiếp tục kiểu chạy êm (như P004 đã định) 2= Ngưng kiểu chạy êm, làm cho lệnh STOP được đáp ứng nhanh và yêu cầu giảm tần số. P018 Tái khởi động tự động sau lỗi 0-1 [0] Tự động tái khởi động sau khi có lỗi 0= Vô tác dụng 1= Bộ biến tần sẽ liên tục tái khởi động 5 lần sau khi có lỗi. Nếu lỗi không được khắc phục sau lần khởi động thứ 5, bộ biến tần sẽ để nguyên trạng thái lỗi. P021* Tần số tương tự cực tiểu (Hz) 0-650.00 [0] Tần số tương ứng với giá trị đầu vào tương tự thấp nhất. VD: 0V/ 0mA hoặc 2V/ 4mA, được xác định bởi P023 và cách đặt các chuyển mạch lựa chọn DIP. P022* Tần số tương tự cực đại (Hz) 0-650.00 [50.00] Tần số tương ứng với giá trị đầu vào tương tự cao nhất. VD: 10V hoặc 20mA được xác định bởi P023 và cách đặt các chuyển mạch lựa chọn DIP P023* Kiểu đầu vào tương tự 1 0-3 [ 0] Đặt kiểu đầu vào tương tự cho đầu vào tương tự 1, liên quan đến vị trí DIP. 0= 0-10V/ 0-20mA 1= 2-10V/ 4-20mA 2= 2-10V/ 4-20mA 3= -10V +10V, -10V tương ứng với quay trái ở tốc độ đặt trong P021, +10V tương ứng với tốc độ quay phải đặt trong P022 P075* Điện trở hãm (chỉ có trong MMV) 0-1 [0] 0= Điện trở hãm ngoài không được nối 1= Điện trở hãm ngoài có được nối Một điện trở hãm ngoài có thể được sử dụng để triệt tiêu công suất do động cơ phát sinh, làm tăng khả năng hãm và giảm tốc. Nó phải lớn hơn 40 (80) cho bộ biến tần VAC 400V nếu không bộ biến tần sẽ bị hư hại. Các điện trở đều có thể dùng được cho các bộ biến tần khác nhau. P077 Chế độ điều khiển 0-3 [1] Điều khiển sự liên hệ giữa tốc độ động cơ và điện áp do bộ biến tần cung cấp, có thể lựa chọn 1 trong 4 cách sau đây: 0= Đường cong V/f 1= điều khiển dòng thông lượng (FCC) 2= Đường cong bậc 2 V/f 3= Điều khiển véc tơ P080 Hệ số công suất định mức cos 0.00-1.00 [***] Các thông số này phải được đặt cho động cơ sử dụng. Đọc kỹ nhãn thông số của động cơ trên nhãn động cơ. Lưu ý: Các thông số đặt mặc định của bộ biến tần có thể biến đổi tuỳ theo công suất nguồn P081 Tần số định mức cho động cơ (Hz) 0-650 [50.00] P082 Tốc độ định mức cho động cơ (vòng/phút) 0-9999 [***] P083 Dòng điện định mức cho động cơ ( A) 0.1-300.0 [***] P084 Điện áp định mức cho động cơ (V) 0-1000 [***] P085 Công suất định mức cho động cơ Kw 0.12 250.0 [***] P087 Bảo vệ nhiệt cho động cơ dùng PTC 0-1 [0] 0= Vô tác dụng 1= Bảo vệ nhiệt cho động cơ bên ngoài PTC có tác dụng 5. Mã lỗi và mã cảnh báo. a. Mã lỗi. Trong trường hợp có lỗi, bộ biến tần sẽ ngắt và lỗi xuất hiện trên màn hình. Lỗi xảy ra cuối cùng được lưu dữ thông số P003 hoặc dùng điện trở hãm (tuỳ chọn) Mã lỗi Nguyên nhân Sửa chữa F001 Quá áp Kiểm tra điện áp có đúng phạm vi ghi trong bảng công suất. Tăng thời gian giảm tốc tức thời (P003) hoặc dùng điện trở hãm (tuỳ chọn) Kiểm tra xem nguồn hãm yêu cầu có đúng như các giới hạn đã định. F002 Quá dòng Kiểm tra xem nguồn cấp cho động cơ có tương ứng với nguồn biến tần không. Kiểm tra xem chiều dài dây dẫn có vượt quá yêu cầu hay không. Kiểm tra xem đầu nối vào động cơ có bị ngắn mạch hay không hoặc lỗi do tiếp đất. Kiểm tra các thông số cho động cơ (P080-P086) có tương ứng với loại động cơ đang sử dụng không. Kiểm tra điện trở tĩnh (P089). Tăng thời gian tăng tốc tức thời (P002). Kiểm tra xem động cơ có bị kẹt hay quá tải không F003 Quá tải Kiểm tra xem động cơ có bị quá tải không. Tăng tần số cực đại cho động cơ nếu sử dụng động cơ có hệ số trượt cao. F004 Quá nhiệt động cơ (đ/k PTC) Kiểm tra các đầu nối tới PTC. Kiểm tra xem nếu như P087= 1 và không kết nối với PTC. F5 Quá nhiệt động cơ Kiểm tra xem nhịêt độ bên ngoài phải không được cao quá. Kiểm tra cửa thoát khí có bị tắc không. Kiểm tra dòng của động cơ không được vượt quá giá trị đặt trong P083 F006 Mất pha chính (Chỉ dùng cho máy 3 pha) Kiểm tra nguồn cấp chính F008 Thời gian tạm ngừng của giao thức nối tiếp đa năng Kiểm tra giao diện nối tiếp. F009 Điện áp thấp Kiểm tra điện áp cung cấp. F010 Lỗi cài đặt ban đầu Kiểm tra lại toàn bộ các thông số đặt. Đặt P009= 0 trước khi cắt nguồn F011 Lỗi giao diện trong Cắt nguồn và đóng trở lại F012 Ngắt bên ngoài Ngắt do đầu nối vào số chuyển trạng thái thấp. Kiểm tra lại F013 Lỗi chương trình Tắt nguồn và đóng trả F015 Lỗi khởi động nhanh Thử đặt P016 tới một giá trị khác . F016 Điều khiển SVC không ổn định Xác định lại điện trở stator (đặt P088= 1) và cho chậm lại F074 Quá nhiệt động cơ theo tính toán I2.t Lỗi chỉ xẩy ra khi P074= 4, 5, 6, hoặc 7. Kiểm tra lại dòng của động cơ không vượt quá giá trị đặt trong P083 và P086 F075 Quá dòng trong khi giảm tốc Tăng thời gian giảm tốc (P003) F105 Quá nhiệt biến tần Kiểm tra nhiệt độ môi trường. Kiểm tra đường dẫn không khí vào và ra không bị tắc. Kiểm tra quạt gió bên trong biến tần vẫn hoạt động F112 Lỗi thông số P012/P013 Cài đặt lại thông số P012 < P013 F188 Lỗi phân tích tự động Động cơ không được nối tới biến tần-nối lại. Nếu nối vẫn còn, đặt P088= 0 và sau đó nhập lại điện trở tĩnh của động cơ vào P089 bằng tay F255 Ngắt cảnh báo Tháo nguồn cấp sau đó cấp lại Khi lỗi được hiện chính có thể khợi động lại biến tần, để thực hiện ấn nút P 2 lần (lần 1 để hiện thị P000 và lần 2 để đặt lại thông số). b. Mã cảnh báo. Trong mỗi lần cảnh báo biến tần sẽ nhấp nháy, mã cảnh báo cuối cùng được lưu trong P931. Mã cảnh Báo Nguyên nhân Sửa chữa 002 Giới hạn dòng Kiểm tra công suất động cơ có phù hợp với công suất biến tần không. Kiểm tra chiều dài cáp có vượt quá giới hạn cho phép. Kiểm tra cáp động cơ và động cơ có bị ngắn mạch, chạm đất không. Kiểm tra các thông số động cơ đã đặt đúng chưa. Kiểm tra điện trở stator (P089). Tăng thời gian gia tốc (P002). Kiểm tra động cơ bị quá tải. 003 Giới hạn áp Tăng thời gian gia tốc, giảm tốc hoặc đưa điện trở hãm vào. 004 Vượt quá giới hạn trượt Kiểm tra động cơ không quá tải, kiểm tra thông số động cơ 005 Quá nhiệt biến tần Kiểm tra lại nhiệt độ môi trường, đường thông khí, quạt gió 006 Quá nhiệt động cơ Kiểm tra đông cơ không quá tải. Kiểm tra P087 không được đặt về 1 trong khi không có PTC được nối. 010 Giới hạn dòng nguồn cấp 15V Kiểm tra đầu nối 018 Tái khởi động sau lỗi (P018) Lưu ý: Biến tần có thể tái khởi động bất kỳ lúc nào. 075 Điện trở hãm bị nóng Nhận xét chung: Như vậy trong hệ thốngnâng hạ dịch cực lò hồ quang ta đã chọn được động cơ truyền động là động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc và thiết bị điều chỉnh nó là biến tần. Để điều khiển biến tần ta cần có một thiết bị nữa. Trong các hệ truyền động một chiều để có tín hiệu điều khiển đến các bộ biến đổi người ta sử dụng các mạch điện tử. Ngày nay với sự phát triển của kỹ thuật vi xử lý để có tín hiệu điều khiển đến biến tần người ta sử dụng bộ điều khiển khả trình PLC. Sau đây ta tìm hiểu kỹ hơn về bộ điều khiển khả trình PLC. B. GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-200 PLC là thiết bị điều khiển logic lập trình được cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. PLC S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của hãng Siemens (CHLB Đức) có cấu trúc theo kiểu modul và có các modul mở rộng. Các modul này được sử dụng cho nhiều những ứng dụng lập trình khác nhau. Thành phần cơ bản của S7-200 là khối vi xử lý CPU212, CPU214, hoặc CPU224 …về hình thức bên ngoài, sự khác nhau của các loại CPU này nhận biết được là nhờ số đầu vào, ra và nguồn cung cấp. - CPU212 có 8 cổng vào và 6 cổng ra và có khả năng được mở rộng thêm bằng 2 modul mở rộng. - CPU214 có 14 cổng vào và 10 cổng ra, có khả năng mở rộng thêm bằng 7 modul mở rộng. - CPU224 có 14 cổng vào và 10 cổng ra logic có khả năng được mở rộng ra bằng 7 modul mở rộng. S7-200 có nhiều modul mở rộng khác nhau, với hệ thống nâng hạ dịch cực lò hồ quang em chọn loại CPU 224 để thực hiện điều khiển hệ thống. Giới thiệu về CPU 224 Kích thước: 120.5 mm x 80mm x 62mm. - Trọng lượng: 410g. - Công suất tiêu thụ: 10 w. a. Những nét đặc trưng (phần cứng) + Có 14 đầu vào và 10 đầu ra logic. + Có 6 bộ đếm tốc độ cao giá trị 32 bit. + Có 2 bộ ngắt thời gian với độ phân giải 8 bit. + Các sườn ngắt gồm 4 sườn lên và 4 sườn xuống. + Có 14 xung hãm vào. + Kích thước chương trình (Lưu giữ cố định) có 4096 từ. + Kích thước khối dữ liệu gồm 2560 từ. + Có 7 modul để mở rộng cổng vào/ra bao gồm cả modul analog. + Có 256 bit nhớ trong + Tốc độ thực hiện đại số Boolean 0.37s cho mỗi chỉ thị. + Tốc độ thực hiện sự dịch chuyển từ 34 s cho mỗi chỉ thị. + Tốc độ thực hiện phép toán số thực 100 đến 400 s cho mỗi chỉ thị. + Tốc độ thực hiện chính xác thuật toán riêng lẻ 46s cho mỗi chỉ thị.Toàn bộ vùng nhớ không bị mất dữ liệu trong khoảng thời gian 190h khi PLC bị mất nguồn nuôi. + Có 256 bộ thời gian trong đó 4 Timer 1ms; 16 Timer 10ms; 236 Timer 100ms. + Tổng số có 256 bộ đếm. + Kiểu chữ PPI. + Các kết nối MPI: Tổng số 4; dự trữ 2: 1 cho PG và 1 cho OP b. Nguồn cung cấp: + Dải điện áp: 85 264 VAC 47 63 Hz + Dòng điện đầu vào CPU tải duy nhất (cực đại): 30/100mA với điện áp 240 VAC 60/200mA với điện áp 120 VAC + Sự cách ly từ nguồn vào tới mạch logic 1500 VAC + Thời gian duy trì kể từ khi mất nguồn vào: 80ms tại 240 VAC 20ms tại 120 VAC + Cầu trì bên trong 2A, 250 V + Dải điện áp 20,4 28.8 VDC c. Đặc điểm đầu vào: + 14 đầu vào + Điện áp liên tục cực đại chấp nhận được 30 VDC. +Dòng điện dò chấp nhận được : lớn nhất 1mA. d. Đặc điểm đầu ra. +10 đầu ra. + Loại đầu ra : rơle, công tắc. + Phạm vi làm việc : 5 30 VDC hoặc 5 250 VDC e. Sự cách ly: + Điện trở cách ly nhỏ nhất 100 M . + Cuộn dây cách ly của công tắc 1500 VAC 1 phút. + Cách ly giữa các tiếp điểm mở 750 VAC 1 phút. + Tuổi thọ máy móc không tải là 10.000.000 chu kỳ đóng mở. + Tuổi thọ công tắc ở tải phù hợp là 100.000 chu kỳ đóng mở. + Thời gian tạo trế tối đa 10 ms. 2. Cổng truyền thông: S7-200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS 485 với phích nối 9 chân để phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc với các PLC khác. Tốc độ lập trình cho máy kiểu PPT là 9600 baud. Tốc độ truyền cung cấp của PLC theo kiểu tự do là từ 500 đến 38.400 Hình 4.6 Sơ đồ chân của cổng truyền thông Chân Giải thích 1 Nối đất 2 24 VDC 3 Truyền và nhận dữ liệu 4 Không sử dụng 5 Nối đất 6 5 VDC (Điện trở trong 100) 7 24 VDC (120 mA tối đa) 8 Truyền và nhận dữ liệu 9 không sử dụng Để ghép nối S7-200 với máy lập trình PG 702 hoặc các máy lập trình thuộc họ PG 7XX có thể sự dụng cáp nối thẳng qua MPI cáp đó đi kèm theo máy lập trình. Ghép nối S7-200 với máy tính PC qua cổng RS 232 cần có cáp nối PC/PPI với bộ chuyển đổi RS 232/RS 485 Hình 4.7 Công tắc chọn chế độ làm việc cho PLC. Công tắc chọn chế độ làm việc nằm ở phía trên bên cạnh các cổng ra của S7-200 có 3 vị trí chọn các chế độ làm việc khác nhau cho PLC. - RUN: Cho phép PLC thực hiện chương trình trong bộ nhớ, PLC S7-200 sẽ rời khỏi chế độ RUN và chuyển sang chế độ STOP nếu trong máy có sự cố hoặc trong chương trình gặp lệnh STOP, thậm chí ngay cả khi công tắc đang ở chế độ RUN nên quan sát trạng thái thực tại của PLC theo đèn báo. - STOP cưỡng bức PLC dừng công việc thực hiện chương trình đang chạy và chuyển sang chế độ STOP. Ở chế độ STOP, PLC cho phép hiệu chỉnh lại chương trình hoặc nạp một chương trình mới. - TERM: Cho phép máy lập trình tự quyết định một trong chế độ làm việc cho PLC hoặc ở RUN hoặc ở STOP. 3. Chỉnh định tương tự. Điều chỉnh tương tự (Có 2 bộ trong CPU 224) Cho phép điều khiển của biến tần phải thay đổi trong chương trình. Núm điều chỉnh analog được lắp đặt dưới nắp dây bên cạnh các cổng ra, thiết bị chỉnh định có thể quay 2700. 4. Pin và nguồn nuôi bộ nhớ. Nguồn nuôi dùng để ghi chương trình hoặc nạp một chương trình mới. Nguồn pin có thể được sử dụng để mở rộng thời gian lưu giữ cho các dữ liệu có trong bộ nhớ. Nguồn pin tự động được chuyển sang trạng thái tích cực nếu như dung lượng tụ nhớ bị cạn kiệt và nó phải thay thế vào vị trí đó để dữ liệu trong bộ nhớ không bị mất đi. 5. Cấu trúc bộ nhớ. a. Phân chia bộ nhớ. Bộ nhớ của 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. Bộ nhớ của S7-200 có tính năng động cao đọc và ghi được toàn vùng loại trừ phần các nút nhớ đặc biệt được ký hiệu SM (special memory) chỉ có thể truy nhập để đọc. + Vùng chương trình: Là miền bộ nhớ được sự dụng để lưu giữ các lệnh chương trình vùng này thuộc kiểu non-volatile đọc/ghi được. + Vùng tham số: Là miền lưu giữ các tham số như: từ khoá, địa chỉ trạm … vùng này cũng thuộc kiểu non-volatile đọc/ghi được. + Vùng giữ liệu: Được sử dụng để cắt các giữ liệu của chương trình bao gồm các kết quả của phép tính, hằng số được định nghĩa trong chương trình, bộ đệm truyền thông… một phần của vùng nhớ này thuộc kiểu non-volatile đọc/ghi được. + Vùng đối tượng: Time, bộ đếm, bộ đếm tốc độ cao và các cổng vào/ra tương tự được đặt trong vùng nhớ cuối. Vùng này thuộc kiểu non-volatile nhưng đọc/ghi được. Hai vùng nhớ cuối có ý nghĩa quan trọng trong việc thực hiện một chương trình do vậy ta sẽ nghiên cứu chi tiết về hai vùng này. b. Vùng dữ liệu: Vùng dữ liệu là một miền nhớ động. Nó có thể được truy cập theo từng bít, từng byte, từng từ đơn (word) hoặc từng từ kép và được sử dụng làm miền lưu trữ dữ liệu cho các thuật toán, các hàm truyền thông, lập bảng, các hàm dịch chuyển, xoay vòng thanh ghi, con trỏ địa chỉ…Ghi các dữ liệu kiểu bảng bị hạn chế rất nhiều vì các dữ liệu kiểu bảng thường chỉ sự dụng theo từng mục đích nhất định. Vùng dữ liệu lại được chia thành các vùng nhớ nhỏ với các công dụng khác nhau chúng được ký hiệu bằng các chữ các đầu của tên tiếng anh đặc trưng cho công dụng tiếng của chúng như sau: V: Variable memory. I: Input image vegister. O:Output image vegister M: Interal memory bits. SM: Special memory bits Tất cả các miền này đều có thể truy cập được theo từng bits từng từ đơn (Word 2 byte) hoặc từ kép (2 Word). c. Vùng đối tượng. Vùng đối tượng được sử dụng để lưu giữ dữ liệu cho các đối tượng lập trình với các giá trị tức thời, giá trị đặt trước của bộ đếm hay timer, dữ liệu kiểu đối tượng bao gồm thanh ghi của timer, bộ đếm, các bộ đếm tốc độ cao, bộ đệm vào/ra tương tự và các thanh ghi Acumulator (AC). Kiểu dữ liệu bị hạn chế rất nhiều vì các dữ liệu kiểu đối tượng chỉ được ghi theo mục đích cần sử dụng đối tượng đó. 6. Mở rộng cổng vào ra và cách tính địa chỉ. CPU 224 có 7 modul mở rộng cả tương tự và số. Có thể mở rộng cổng vào, ra của PLC bằng cách nối thêm vào nó các modul mở rộng về phía bên phải của CPU làm thành một móc xích địa chỉ của các vị trí, các modul được xác định bằng kiểu vào/ra và vị trí của modul trong móc xích bao gồm các modul có cùng kiểu VD như modul cổng ra không thể gán cho modul cổng vào cũng như modul tương tự không thể gán cho modul số và ngược lại. Các modul mở rộng số hay rời rạc đều chiếm chỗ trong bộ đếm tương ứng với số đầu vào ra của modul. Sau đây là một VD về cách đặt địa chỉ cho các modul mở rộng trên CPU 224: CPU 224 Modul 0 4vào/ 4 ra Modul1 8 vào Modul2 3vào analog/ 1ra analog Modul1 8 vào Modul4 3vào analog/ 1ra analog I0.0 Q0.0 I0.1 Q0.1 I0.2 Q0.2 I0.3 Q0.3 I0.4 Q0.4 I0.5 Q0.5 I0.6 Q0.6 I0.7 Q0.7 I1.0 Q1.0 I1.1 Q1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 I2.0 I2.1 I2.2 I2.3 Q2.0 Q2.1 Q2.2 Q2.3 I3.0 I3.1 I3.2 I3.3 I3.4 I3.5 I3.6 I3.7 AIW0 AIW2 AIW4 AQW0 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 AIW8 AIW10 AIW12 AQW4 7. Ngôn ngữ lập trình của PLC S 7 – 200. a. Phương pháp lập trình. PLC S7-200 biểu diễn một nạch logic cứng bằng một dẫy các lệnh lập trình chương trình bao gồm một tập dẫy các lệnh. PLC S7-200 thực hiện chương trình bắt đầu từ lệnh lập trình đầu tiên và kết thúc ở lệnh lập trình cuối cùng trong một vòng, một vòng như vậy được gọi là một vòng quét (scan). Một vòng quét được bắt đầu bằng việc đọc trạng thái của đầu vào và sau đó thực hiện chương trình. Kết thúc bằng việc thay đổi đầu ra. Trước khi bắt đầu một vòng quét tiếp theo PLC S7-200 thực hiện các nhiệm vụ bên trong và nhiệm vụ truyền thông. Chu trình thực hiện chương trình là chu trình lặp. Hình 4.8: Thực hiện chương trình theo vòng quét trong PLC S7 – 200. Lập trình cho PLC S7-200 có 3 phương pháp cơ bản: - Phương pháp hình thang (ladder logic-LAD). - Phương pháp liệt kê lệnh (statement lits-STL). - Phương pháp hình khối (Function block diagram-FBD). 8. Giới thiệu về TD-200. - Trong PLC còn có một bộ phận nữa đó là TD-200, là loại dụng cụ nhỏ gọn, có thể cung cấp tất cả các bộ phận cần thiết cho trao đổi với CPU S7-200. - TD-200 cho phép lựa chọn chế độ bằng tay hay tự động của cả 3 pha hay một trong 3 pha và hiện thị giá trị dòng áp mỗi pha, màn hình này có hai trang, trang đầu hiện thị tốc độ lên xuống của các điện cực (giá trị dương cho chiều lên, âm cho chiều xuống), trang sau hiện thị giá tri dòng và áp từng pha. - Các thông số lắp đặt trên TD-200 và chỉnh định: Lưu ý: Các thông số đặt trong TD-200 được đặt chính xác đến 1/1000 chẳng hạn với dòng tải lớn nhất là 18000(A) tương ứng trên màn hình hiển thị chỉ 1000, như vậy khi cần dòng tải là 18(A) trên màn hình hiển thị sẽ đặt là 1 đơn vị. PHẦN V THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG I. ĐẶT VẤN ĐỀ: Thiết kế sơ đồ nguyên lí là một bước rất quan trọng trong quá trình thiết kế hệ thống truyền động điện. Sơ đồ nguyên lí đúng về mặt ngyên lí hoạt động đảm bảo cho hệ thống hoạt động đúng theo yêu cầu công nghệ mà còn tạo cơ sở cho việc tính chọn và hiệu chỉnh các thông số của các thiết bị trong hệ thống. Nếu mà sơ đồ nguyên lí mà sai thì không có nghĩa lí cho công đoạn tính chọn về sau. Như vậy sơ đồ nguyên lí của hệ thống phải đảm bảo những yêu cầu sau : Phải tác động đúng theo nguyên lí của bài toán đặt ra. Sơ đồ phải là tối ưu hoặc cận tối ưu nhất về cả mặt tiêu thụ năng lượng và giá thành của hệ thống. Có sơ đồ đấu nối đơn giản, thiêt bị làm việc tin cậy và quan trọng là dễ dàng thay thế sửa chữa. Làm việc tin cậy và dễ dàng thao tác điều khiển cho người vận hành. Kết luận: Từ những yêu cầu trên ta đi thiết kế sơ đồ nguyên lí hệ thống truyền động nâng hạ điện cực lò hồ quang như sau. II. THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÍ 1. Xây dựng mạch động lực: Như đã phân tích mạch lực của ta đã chọn được động cơ không đồng bộ Rotor lồng sóc và biến tần. Để đáp ứng việc điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách điều chỉnh tần số ta dùng biến tần của siemens. Việc chọn biến tần được dựa vào công suất động cơ. Trước khi khởi động động cơ ta cài đặt các thông số của động cơ vào biến tần. Trong quá trình đóng mạch bằng tay và cắt mạch tự động khi có sự cố như quá tải, ngắn mạch, sụt áp…ta trang bị thêm áp tô mát cho mạch lực. Muốn điều khiển động cơ quay theo một chiều và bảo vệ quá tải động cơ ta trang bị thêm cho mạch một thiết bị nữa là khởi động từ. Do điện áp đầu ra của biến tần của biến tần có nhiều thành phần sóng hài bậc cao nên phải trang bị thêm 3 cuộn kháng ở đầu ra của biến tần để lọc các thành phần sang hài bậc cao đó cung cấp cho động cơ. Khi làm việc ở tốc độ dưới định mức hiệu quả làm mát của quạt gió gắn ở đầu trục động cơ giảm xuống do đó hầu hết các động cơ cần phải chọn lại định mức khi làm việc liên tục ở các tần số thấp. Để đảm bảo cho động cơ được bảo vệ chống quá nhiệt trong những điều kiện như vậy, cần phải có cảm biến nhiệt độ PTC gắn ở động cơ và được nối tới các đầu nối điều khiển của biến tần. Đến đây ta có thể đưa ra sơ đồ của mạch động lực: (trang bên) Trong sơ đồ gồm những phần tử sau: ATM dùng để đóng cắt, bảo vệ quá tải hay ngắn mạch phía tải. CTT là khởi động từ đơn để khởi động động cơ. RT là rơ le nhiệt. MMV là biến tần. L là cuộn kháng san phẳng. Đ là động cơ truyền động cho cơ cấu nâng hạ điện cực lò hồ quang. RK là rơ le khởi động biến tần. Tín hiệu điều khiển biến tần được đưa từ PLC đến đầu vào điều khiển tương tự của biến tần Uđk. Sơ đồ mạch động lực 2. Mạch trung gian: Như phần mạch lực đã xây dựng cần có một khởi động từ để khởi động một động cơ quay nâng hạ một điện cực. Vậy để các khởi động từ có thể đóng được các tiếp điểm của nó thì ta phải cấp điện cho các cuộn dây của các khởi động từ đó. ở đây ta dùng 3 động cơ để dịch cực lò hồ quang chính vì vậy ta phải trang bị 3 khởi động từ. Do trong khởi động từ có các phần tử rơ le nhiệt vì vậy ta phải trang bị nút ấn phục hồi vào mạch này. Ta cần trang bị mạch để cấp điện cho các rơ le khởi động. Muốn khởi động biến tần cần trang bị các rơ le thời gian để khởi động, để báo điện cực đã nâng lên đến đỉnh trên hay hạ xuống đỉnh dưới ta cần có các công tắc hành trình để đóng các tiếp điểm liên động sang PLC báo điện cực các pha đã nâng cực đại hay hạ cực tiểu ta cần trang bị thêm các rơ le cực hạn. Từ việc phân tích trên ta có thể xây dựng mạch trung gian như sau: (Trang bên) Trong đó: + K1¸ K6 là cuộn dây của các rơle cực hạn, các cuộn dây này được cấp điện khi các công tác hành trình tác động. + Top_A, Top_B, Top_C, Bot_A, Bot_B, Bot_C là các tiếp điểm của các công tắc hành trình. + RK1, RK2, RK3: là các cuộn dây của rơle khởi động biến tần. + CTT1, CTT2, CTT3: là các cuộn dây của các công tắc tơ. + RT là rơle thời gian. + RT1, RT2, RT3, RT4, RT5, RT6: là các tiếp điểm của rơle nhiệt có nút ấn phục hồi. + RT: là rơle thời gian khởi động biến tần. + Đ1-Đ6: là các đèn báo công tắc hành trình tác động. + Đ7: là đèn báo mất hồ quang. Sơ đồ mạch trung gian 3. Thiết kế sơ đồ cho khối lấy tín hiệu dòng và áp hồ quang. Tín hiệu thực dòng và áp hồ quang có trị số rất lớn, mặt khác ở các thiết bị điều khiển chỉ sử dụng điện áp thấp và dòng nhỏ theo tiêu chuẩn đảm bảo tính đồng bộ về tín hiệu (Nguồn áp 0 đến 10 V, nguồn dòng 0 đến 20 mA) hơn nữa để đảm bảo cho người vận hành cần phải có thiết bị chuyển đổi chuẩn hoá từ tín hiệu dòng điện, điện áp cao về tín hiệu có biên độ nhỏ. Sơ đồ khối lấy tín hiệu dòng và áp hồ quang Để biến đổi tín hiệu dòng áp có biên độ lớn về tín hiệu một chiều có biên độ nhỏ ta sử dụng các biến dòng điện và biến điện áp kết hợp với các mạch chỉnh lưu và mạch lọc. Do hệ điều khiển và tạo thuât toán của ta sử dụng thiết bị số (PLC) nên tín hiệu tương tự của dòng và áp hồ quang phải được số hoá trước khi đưa vào vi xử lí nên ta dùng bộ chuyển đổi A/D. Các bộ chuyển đổi này chính là các modul của PLC. 4. Thiết kế mạch phát hiện mất điện lò hồ quang Sơ đồ nguyên lí như sau: Tín hiệu được lấy từ biến áp lò qua máy biến áp biến đổi thành điện áp phù hợp với mạch điều khiển sau đó chỉnh lưu qua bộ cầu, nhờ cách li quang điện 4N35 qua mạch tổ hợp logic 74LS7400 đưa đến điều khiển C815 cung cấp dòng cho rơle K9. Trạng thái của tiếp điểm K9 gửi vào PLC quyết định trạng thái của hệ thống. Khi làm việc bình thường thì đầu ra của các bộ chỉnh lưu có điện dẫn đến đầu ra của 4N35 có mức lôgic 0, Tranztor C815 ở tầng thứ hai khoá nên đầu vào của mạch logic có mức 1=> đầu ra của khối logic có mức 0. Khi một pha nào đó của LHQ mất điện làm cho C815 mở thông, đầu vào của khối logic có mức 0=> đầu ra có mức 1 gửi đến PLC ra lệnh cho dừng việc nâng hạ điện cực. 5. Thiết kế mạch điều khiển: Do trong quá trình mồi hồ quang ta cần thao tác bằng tay để nâng hạ điện cực, ở đây để nâng hạ 3 điện cực ta cần trang bị 6 nút ấn. Khi việc nấu liệu xong ta cần nâng điện cực lên, để nâng điện cực lên 1 cách nhanh chóng ta cần trang bị thêm 1 nút ấn nữa để điều khiển nâng cả 3 pha Để có thể nhận biết được khi nào điện cực nâng cực đại và hạ cực tiểu ở đây ta dùng thêm 6 rơ le K1-K6 như đã thiết kế ở mạch trung gian. Do công nghệ của lò hồ quang vừa có thể làm việc bằng tay vừa có thể làm việc tự động nên ta phải thiết kế thêm một công tắc để lựa chọn chế độ (Auto-Man). Như vậy tổng đầu vào số cần thiết của PLC là 14 đầu vào. Ở mạch phản hồi ta đã phân tích phải lấy tín hiệu dòng, áp của cả 3 pha về để điều khiển. Do tín hiệu phản hồi dòng, áp là tín hiệu tương tự nên ta phải chọn các modul vào tương tự, ở đây ta có 6 tín hiệu vào tương tự là 3 tín hiệu dòng của 3pha và 3tín hiệu áp của 3 pha và 3 tín hiệu ra tương tự để điều khiển biến tần. Vì vậy ta chọn các modul tương tự sau: EM 231 có 4 đầu vào tương tự EM 232 có 2 đầu ra tương tự EM 235 có 4 đầu vào tương tự và một đầu ra tương tự *. Sơ đồ mạch điều khiển gồm: - Các nút ấn để điều khiển nâng điện cực các pha là: Up_A, Up_B, Up_C. - Các nút ấn để điều khiển nâng điện cực các pha là: Dn_A, Dn_B, Dn_C. - K1¸K6 là các tiếp điểm của các rơ le cực hạn dùng để đưa tín hiệu vào PLC nhận biết vị trí của điện cực khi điện cực nâng cực đại và hạ xuống cực tiểu. - EM231, EM232, EM235 là các môdul mở rộng. - Udk1, Udk2, Udk3: là các tín hiệu ra của PLC để đi tới điều khiển biến tần. - FUA+ ,FUA-, FUB+, FUB-, FUC+, FUC- là các tín hiệu phản hồi áp hồ quang đã được chuẩn hoá và đưa vào PLC. - FIA+, FIA-, FIB+, FIB-, FIC+, FIC- là các tín hiệu phản hồi dòng hồ quang đã được chuẩn hoá và đưa vào PLC. Nhận xét: Như vậy là đến đây ta đã xây dựng được các mạch như mạch lực, mạch trung gian, mạch phản hồi, mạch điều khiển. Từ những mạch trên ta có sơ đồ nguyên lý của mạch dùng PLC và biến tần để nâng hạ điện cực lò hồ quang như sau: (Bản in A3) Giới thiệu sơ đồ: + Cầu dao cách ly: Làm nhiệm vụ phân cách mạch lực của lò với lưới khi cần thiết, chẳng hạn khi bảo dưỡng, sửa chữa, mang lại cảm giác an toàn cho người sửa chữa. + MC1: Dùng để bảo vệ lò khỏi ngắn mạch sự cố. + Cuộn kháng K: Dùng để hạn chế dòng điện khi ngắn mạch làm việc và ổn định sự cháy của hồ quang. + MC2: Làm nhiệm vụ đưa hoặc cắt cuộn kháng K ra khỏi mạch lực trong thời gian làm việc của lò. + MC3, MC4: Dùng để đổi nối cuộn sơ cấp của máy biến áp lò thành hay Y, để điều chỉnh điện áp ra của biến áp lò. + Máy biến áp lò: Dùng để hạ điện áp từ lưới và điều chỉnh thành điện áp phù hợp cung cấp cho lò trong quá trình nấu luyện. + Động cơ xoay chiều 3 pha Đ: Là cơ cấu chấp hành chính, nhận điện áp trực tiếp từ biến tần, biến đổi thành cơ năng quay cơ cấu nâng hạ điện cực theo chiều thuận hay ngược nhờ điện áp cấp từ biến tần. + Các đồng hồ chỉ thị: 3 đồng hồ áp: Chỉ điện áp pha của các điện cực. 3 đồng hồ dòng: Chỉ dòng điện của các điện cực. + Các rơle cực hạn trung gian: Cuộn hút của rơle trung gian sẽ được cấp nguồn khi các cực hạn trên hay dưới bị tác động đóng/ cắt các tiếp điểm liên động sang PLC. Khi đó PLC có thể nhận biết được vị trí của các điện cực. + Các TU, TI và mạch nắn, lọc tín hiệu: Tín hiệu dòng áp của các điện cực phản hồi từ TU và TI qua các bộ biến đổi tại bàn điều khiển được đưa vào mạch nắn lọc tín hiệu để có dạng tín hiệu phù hợp (0 đến 10 VDC) truyền đến các cổng vào tương tự của PLC. + Màn hình hiển thị TD 200: - Lựa chọn chế độ bằng tay/ tự động của cả 3 pha hoặc 1 trong 3 pha. - Điều chỉnh hoặc theo dõi các thông số dòng điện, điện áp, độ nhậy và các giá trị khác có liên quan đến điều khiển. + Bộ điều khiển khả trình PLC: Bộ điều khiển trung tâm PLC S7-200 là thiết bị điều khiển khả trình chuyên dụng trong công nghiệp của hãng Siement-Đức.Nó cho phép đáp ứng nhanh và linh hoạt các tín hiệu đầu vào. Toàn bộ khối PLC S7-200 gồm CPU224 và 3 modul mở rộng EM231, EM232 và EM235. Các đầu vào ra số (DI, DO), các đầu vào ra tín hiệu tương tự (AI, AO) đóng vai trò trung gian trong truyền thông giữa PLC với các thiết bị ngoại vi. Tín hiệu quá trình qua các DI, AI vào bộ sử lý trung tâm của PLC. PLC sẽ tính toán và đưa ra các lệnh điều khiển phù hợp đến các đầu ra DO, AO tác động lại cơ cấu. + Các bộ biến tần MMV: Micromaster vector (MMV) là một họ các bộ biến tần tiêu chuẩn với công nghệ điều khiển véc tơ không sensor dùng cho điều khiển tốc độ và đảo chiều 3 động cơ xoay chiều 3 pha. Phương pháp điều biến độ rộng xung với giải tần số xung tuỳ chọn cho phép động cơ cực kỳ êm dịu. 3 biến tần điều khiển trực tiếp 3 động cơ xoay chiều 3 pha rotor lồng sóc để nâng, hạ điện cực, công suất của MMV được tính toán để chịu được dòng quá tải của động cơ. + Các thiết bị khác: Ngoài ra trong hệ thống còn có: - 3 bộ aptomat 3 pha và 3 bộ khởi động từ cấp điện xoay chiều 380V cho các MMV. - 2 bộ aptomat 1 pha cấp điện xoay chiều 220V cho PLC, cuộn hút khởi động từ, nguồn điều khiển, các công tắc hành trình. - Rơle trung gian và thời gian dùng để khởi động biến tần. Các cuộn dây (L1, L2, L3): có nhiệm vụ lọc điện áp đầu ra của MMV cấp cho các động cơ nâng hạ điện cực. PHẦN VI: LẬP TRÌNH VÀ THUYẾT MINH NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG I. LUẬT ĐIỀU KHIỂN: Như ta đã biết để ổn định chế độ làm việc tức là để ổn định giá trị của một đại lượng nào đó thì ta lấy phản hồi của đại lượng đó quay trở về đầu vào để điều chỉnh lại hoạt động của hệ thống nhằm ổn định lượng ra. Vì vậy để ổn định sự cháy của ngọn lửa hồ quang (công suất ngọn lửa hồ quang) thì ta lấy tín hiệu phản hồi của ngọn lửa hồ quang đưa trở lại khống chế tốc độ quay, chiều quay của động cơ dịch cực lò hồ quang làm cho hồ quang cháy ổn định. Do quá trình cháy của ngọn lửa hồ quang luôn có sự ăn mòn của điện cực làm cho dòng, áp hồ quang thay đổi. Ngoài ra còn một số nguyên nhân khác nữa làm thay đổi dòng áp hồ quang, do đó động cơ luôn phải làm việc để dịch cực lò hồ quang cho hồ quang cháy ổn định. Đôi khi việc dịch cực còn gây hiện tượng quá điều chỉnh, làm ảnh hưởng đến công suất lò hồ quang. Nhằm hạn chế tối thiểu sự dịch cực không cần thiết khi chế độ làm việc bị phá vỡ trong phạm vi cho phép thì ta có thể tạo ra một thuật toán điều khiển để tạo ra vùng không nhạy nhờ đó có thể hạn chế được sự dịch cực không cần thiết của lò hồ quang. Ta tạo ra luật điều khiển như sau: Khi dòng hồ quang Uđ+AUhq-BIhq<=-E Thì ta phải điều khiển động cơ hạ điện cực xuống. Tốc hạ điện cực nhanh hay chậm dựa và giá trị của sai lệch Uđ+AUhq– Ihq+E Khi dòng hồ quang Uđ+AUhq-BIhq >=+E Thì ta phải điều khiển động cơ nâng điện cực lên. Tốc hạ điện cực nhanh hay chậm dựa và giá trị của sai lệch Uđ+Auhq-BIhq-E Khi dòng hồ quang -E< Uđ+AUhq–BIhq<+E Thì ta phải điều khiển động cơ dừng và điện cực đứng yên. II. CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CỦA PLC Quy ước biến vào ra: III. THUYẾT MINH NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC: Sau khi công việc nạp liệu cho lò hồ quang được hoàn tất, ta tiến hành đóng máy cắt, cầu dao để cung cấp cho biến áp lò (BAL) cung cấp cho các điện cực và cho PLC, biến tần sẵn sàng làm việc. Vì 3 pha hoàn toàn độc lập và làm việc giống nhau nên ta chỉ xét một pha, giả sử ta xét pha A. 1. Quá trình mồi hồ quang: Để quá trình mồi hồ quang được nhanh chóng ta tiến hành mồi hồ quang bằng tay. Quá trình mồi hồ quang như sau: Bắt đầu người vận hành để công tắc ở chế độ bằng tay. Sau đó ấn nút Dn_A, Dn_B, Dn_C khi đó Q0.1, Q0.3, Q0.5 có giá trị bằng 1 và gửi tín hiệu ra đầu ra AQW0, AQW4, AQW6 để điều khiển biến tần hạ điện cực xuống. Khi 2 trong 3 pha chạm vào liệu (giả sử pha A và pha B) khi đó người vận hành sẽ quan sát thấy trên bàn điều khiển có IA=∞ và UA=0, IB=∞ vàUB=0 và ấn nút Up_A, Up_B, Up_C làm cho Q0.0, Q0.2, Q00.4 bằng 1, chuyển tín hiệu ra đầu ra AQW0, AQW4, AQW6 tới biến tần nâng điện cực lên. Khi hồ quang sinh trong khoảng cân bằng Uhq=Uhqđm, Ihq=Ihqđm thì quá trình mồi hồ quang được hoàn thành. 2. Trong quá trình làm việc bình thường: Giả sử trong quá trình làm việc bình thường, vì một lý do nào đó dòng hồ quang (Ihq) tăng lên và áp hồ quang (Uhq) giảm xuống thì ta thấy giá trị của VW6 (A*Uhq-B*Ihq) giảm nhiều và làm cho giá trị của VW12 (deltaU=Uđ+A*Uhq-B*Ihq) giảm. Khi VW12 ≤ VW4 (VW4 có giá trị bằng –E) thì M0.0 nhận giá trị 1. Khi đó VW18 (UđkA=deltaU+E) có giá trị âm gửi tín hiệu ra AQW0 đến điều khiển biến tần nâng điện cực pha A. Tốc độ nâng nhanh hay chậm tùy thuộc vào giá trị của UđkA. Tương tự như vậy khi dòng hồ quang (Ihq) giảm và áp hồ quang(Uhq) tăng làm cho giá trị của VW6(=A*Uhq-B*Ihq) tăng dẫn đếnVW12 (deltaU=Uđ+A*Uhq-B*Ihq). Khi VW12 ≥ VW2 (VW2 có giá trị bằng +E) thì M0.3 có giá trị bằng 1, lúc đó VW24 (UđkA=deltaU-E) có giá trị dương đưa tín hiệu ra AQW0 điều khiển hạ điện cực xuống. Tốc độ hạ điện cực nhanh hay chậm tùy thuộc vào giá trị UđkA. Khi VW4 < VW12 < VW2 thì ta thấy M0.0 và M0.3 có giá trị bằng 0. Lúc đó sẽ không có tín hiệu ra gửi tới biến tần và điện cực pha A đứng yên. 3. Khi ngắn mạch xảy ra: Khi xảy ra ngắn mạch pha A Ihq=∞, Uhq=0 dẫn đến VW12 (deltaU=Uđ+A*Uhq-B*Ihq) có giá trị âm rất lớn làm cho M0.0 nhận giá trị 1. Khi đó VW18 (UđkA=deltaU+E) có giá trị âm lớn đưa tín hiệu ra đầu ra AQW0 nâng điện cực lên nhanh để loại trừ sự cố ngắn mạch ở pha A. 4. Khi xảy ra mất hồ quang: Giả sử đang làm việc bình thường mà xảy ra mất hồ quang thì Uhq=∞, Ihq=0 dẫn tới VW12 (deltaU=Uđ+A*Uhq-B*Ihq) có giá trị đương lớn làm cho M0.3 nhận giá trị 1 khi đó VW24 (UđkA=deltaU-E) có giá trị dương lớn và đưa tín hiệu ra AQW0 hạ nhanh điện cực xuống để loại trừ nhanh hiện tượng mất hồ quang pha A. Kết Luận Trên đây là toàn bộ nội dung của đề tài: “ Nghiên cứu ứng dụng PLC S7-200 và biến tần Simens vào quá trình nâng hạ địên cực lò hồ quang ” Trong thời gian làm đồ án vừa qua với sự nỗ lực hết mình của bản thân cùng sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Vĩnh Thụy, đến nay em đã hoàn thành đề tài được giao và qua đây em đã củng cố thêm được rất nhiều kiến thức mà trong quá trình học em chưa hiểu rõ hết. Mặc dù em đã rất cố gắng nhưng do thời gian có hạn và kiến thức còn hạn chế nên trong đồ án này không tránh khỏi những thiếu xót. Em mong các thày cô và các bạn đọc đóng góp ý kiến để bản đồ án được hoàn thiện hơn và giúp em củng cố thêm những kiến thức của mình. Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Vĩnh Thụy cùng các thầy cô trong bộ môn đã giúp em trong thời gian vừa qua để em có thể hoàn thành đề tài được giao đúng thời hạn quy định. Thái nguyên 09 / 11 / 2010 Sinh viên thực hiện Nguyễn Văn Khương