Chương 1: Giới thiệu chung về tự động hóa thiết bị điện (3 tiết) • 1. Các khái niệm chung • 1. Cấu trúc chung của hệ thống tự động hóa thiết bị điện.3 Nguyên tắc thực hiện sơ đồ nguyên lý và sơ đồ lắp ráp. • Chương 2: Các thiết bị điện trong hệ thống tự động hóa (12 tiết) • 2.1 Các thiết bị mạch lực.1 Các thiết bị mạch điều khiển.
• Chương 3: Các hệ thống điều khiển (9 tiết) • 3.1 Hệ thống điều khiển có tiếp điểm.2 Hệ thống điều khiển không tiếp điểm. CHƢƠNG 1 Giới thiệu chung về tự động hóa thiết bị điện 1. Các khái niệm chung 1. Cấu trúc chung của hệ thống tự động hóa thiết bị điện.3 Nguyên tắc thực hiện sơ đồ nguyên lý và sơ đồ lắp ráp.1 KHÁI NIỆM CHUNG 1.
Chức năng, yêu cầu của hệ thống điều khiển thiết bị điện (HTĐKTBĐ) a. Chức năng của hệ thống điều khiển thiết bị điện (HTĐKTBĐ) Thông tin- giao tiếp Xử lí tín hiệu Chức năng của mạch Điều khiển năng lƣợng điều khiển Điều khiển các thông số thiết bị theo yêu cầu Ổn định thông số Thông tin- giao tiếp Nhiệm vụ: Cung cấp thông tin, theo dõi trạng thái hoạt động của thiết bị, nhận các lệnh điều khiển của ngƣời vận hành BAO GỒM Nạp chƣơng trình, dữ liệu thông qua các thiết bị giao tiếp giữa ngƣời và máy Giao tiếp bằng các bộ chuyển mạch Hiển thị trạng thái làm việc của thiết bị bằng ánh sáng/âm thanh Xử lí tín hiệu Nhiệm vụ: Thu thập/xử lí dữ liệu, phát tín hiệu điều khiển theo hiệu lệnh điều khiển của ngƣời vận hành. Điều khiển năng lƣợng Các bộ biến đổi tĩnh: Biến tần, chỉnh lƣu, băm áp một chiều, điều áp xoay chiều nhằm mục tiêu điều chỉnh năng lƣợng cho tải Bộ điều khiển biến đổi NL MT Điều khiển động cơ xoay chiều: Là điều khiển các bộ biến đổi cơ- điện Điều khiển các thông số thiết bị theo yêu cầu Tự động khởi động/hãm/đảo chiều/ điều khiển tốc độ động cơ (Khởi động nhiều cấp/hãm mềm/mạch hở/độ tin cây cao/đơn giản) Tự động đặt/giữ tốc độ cho trƣớc của động cơ (Hệ thống kín có phản hồi/ role, contator, biến đổi điện từ…) Kiểm soát các tín hiệu đƣa vào hệ thống Tự động điều khiển các chƣơng trình đƣợc bật trƣớc Tự động điều khiển dây chuyền công nghệ Ổn định thông số Trong quá trình vận hành do sự thay đổi nhỏ/lớn của tải hoặc tác động bên ngoài làm cho có sự thay đổi nhỏ/lớn về thông số điều khiển, do đó để chất lƣợng điều khiển đƣợc đảm bảo thì yêu cầu cần có mạch ổn định thông số b. Yêu cầu của hệ thống điều khiển thiết bị điện (HTĐKTBĐ) Yêu cầu kĩ thuật Đáp ứng các chế độ làm việc của thiết bị Đảm bảo các sai số tĩnh và động trong phạm vi cho phép Đảm bảo các sai số tĩnh và động trong phạm vi cho phép Đảm bảo độ tác động nhanh/độ quá điều chỉnh phù hợp Đáp ứng chỉ tiêu về năng lƣợng (hiệu suất và cosµ) Phù hợp với điều kiện về môi trƣờng Điều khiển đơn giản/tin cậy Đơn giản: Đánh giá bằng số lƣợng tối thiểu các thiết bị động lực và mạch điều khiển Độ tin cậy: Đánh giá trên sơ đồ đơn giản, độ làm việc ổn định/chính xác/tuổi thọ/đặc tính làm việc không thay đổi….
Độ tin cậy: Phụ thuộc vào sơ đồ nguyên lí/lắp ráp/thiết bị/….ngƣời vận hành. Linh hoạt/thuận lợi khi điều khiển Linh hoạt: Sự thay đổi các chế độ làm việc nhanh/phát hiện/khắc phục sự cố nhanh Ví dụ: - Chế độ làm việc tự động/tay - Từ dây chuyền này/sang dây chuyền khác - Chế độ cấp thấp/cao. Thuận lợi: Đƣợc điều khiển từ nhiều vị trí khác nhau, dễ kiểm soát, an toàn Dễ dàng kiểm tra và sửa chữa hƣ hỏng Những sơ đồ phức tạp đƣợc chia thành các cụm các khâu riêng rẽ để kiểm soát dễ dàng và dễ khoanh vùng hƣ hỏng. Bằng cách lắp thành từng bo mạch riêng/cấp nguồn/bảo vệ bằng các cầu chì riêng lẻ Tác động chính xác trong chế độ làm việc bình thƣờng và sự cố Thuận tiện trong quá trình lắp đặt và vận hành Kích thƣớc và giá thành thiết bị điều khiển phù hợp An toàn lao động và không bị các sự cố cháy nổ 2.
Mục tiêu của hệ thống điều khiển thiết bị điện (HTĐKTBĐ) Mục tiêu: - Giảm giá thành sản phẩm - Nâng cao chất lƣợng sản phẩm - Khả năng sẵn sàng đáp ứng của sản phẩm - Đổi mới sản phẩm Tự động hóa linh hoạt: - Tác động lên nhiều khâu của dây chuyền - Tác động lên nhiều phƣơng án sản xuất Tự động hóa phát triển: Ứng dụng sự phát triển khoa học công nghệ về số lƣợng và đặc tính sản phẩm 1.2 CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA Sơ đồ cấu trúc tổng quát Phần cơ cấu chấp Phần điều hành/phần khiển tác động Sơ đồ cấu trúc chi tiết 1.3 NGUYÊN TẮC THỰC HIỆN SƠ ĐỒ NGUYÊN LÍ VÀ SƠ ĐỒ LẮP RÁP a. NGUYÊN TẮC THỰC HIỆN SƠ ĐỒ NGUYÊN LÍ Thể hiện nét vẽ trên sơ đồ động lực và điều khiển: Thực hiện theo nguyên tắc thống nhất/ sử dụng đúng kí hiệu thiết bị điện / sử dụng đúng nét vẽ (nét đậm/nét mảnh/….) Tên thiết bị trên bản vẽ: Tên thiết bị có thể đƣợc rút gọn nhƣng mang tính gợi nhớ hoặc có thể thêm các thông tin cơ bản của thiết bị linh kiện: VD: Rowle – R, Cầu dao – CD, Aptomat – AT, Contactor thuận (T), Contactor ngƣợc (N) Bố trí linh kiện: Trên 1 bản vẽ có thể có rất nhiều linh kiện, hoặc phải vẽ trên nhiều trang, do đó cần có chỉ dẫn cụ thể: Do đó trên mỗi trang cần phân thiết bị/linh kiện theo khu vực bằng cách đánh số cột Đánh số đầu dây: Đánh số đầu dây phục vụ cho việc đọc bản vẽ và theo dõi bản vẽ đƣợc thuận lợi hơn. Nguyên tắc đánh số đầu dây: - Bằng chữ cái: A, B, C… - Chữ cái kèm số: A1, B1, C1,…. - Theo số tự nhiên: 1,2,3,.
NGUYÊN TẮC THỰC HIỆN SƠ ĐỒ LẮP ĐẶT Bố trí thiết bị: Đƣợc bố trí theo hàng/ cột đảm bảo thẩm mĩ và các nguyên tắc Nguyên tắc khối lƣợng: Thiết bị nặng thấp/ nhẹ trên cao Nguyên tắc phát nhiệt: Đối lƣu tự nhiên, phát nhiệt ít bố trí phía dƣới, nhiều thì bố trí trên Nguyên tắc cùng loại thiết bị: Các thiết bị cùng nhau đƣợc bố trí cùng khu vực hoặc cùng hàng với nhau Nguyên tắc cùng chức năng của thiết bị: Các nhóm thiết bị cùng chức năng thƣờng đƣợc bố trí cùng khu vực với nhau, để dễ dàng bảo trì, bảo dƣỡng, vận hành Nối dây động lực và điều khiển: Dây động lực: Đảm bảo điều kiện kĩ thuật: Tiết diện/ cách điện/vật liệu dây dẫn/ phƣơng pháp đấu nối/… Cáp điều khiển: Thƣờng là loại cáp nhiều lõi trong một sợi. Khi sử dụng các lõi trong sợi cáp cần có một lƣợng tối thiểu dự phòng cho cáp điều khiển Bố trí dây trong tủ điện: Dây trong tủ điện phải đƣợc bố trí gọn gàng, đảm bảo an toàn, thẩm mĩ, đảm bảo kĩ thuật, cần lƣu ý: Dây dẫn đƣợc bố trí thành từng bó theo chức năng nhiệm vụ của nhóm thiết bị Dây dân đƣợc đặt trong máng cáp có xẻ rãnh Hệ thống dây điều khiển đƣợc bó riêng, có dấu hiệu phân biệt (màu sắc, tên.) Đảm bảo khả năng chống nhiễu cho cáp điều khiển. Nối dây giữa bảng mạch và tủ điện: Sử dụng các giắc cắm Các thiết bị điện tử: Các mạch điện tử đƣợc lắp đặt trên các giá đỡ, khung, phía trƣớc phải đảm báo khoảng trống để quan sát và lắp đặt Vỏ tủ điều khiển: Đảm bảo diện tích để lắp đặt hệ thống điều khiển/ đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành và tránh va đập cho thiết bị, tránh tiếp xúc với môi trƣờng…vv c. MỘT SỐ SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỂN HÌNH Mạch bảo vệ 0: Mạch bảo vệ tránh tự hoạt động lại sau khi mất điện Mạch bảo vệ dòng điện cực đại: Thƣờng sử dụng cầu chì tác động nhanh/aptomat,….
Mạch bảo vệ dòng điện cực tiểu: Sử dụng cho động cơ điện 1 chiều tránh trƣờng hợp giảm kích từ sẽ gây ra nguy hiểm do đó sử dụng role mắc trong mạch cuộn dây kích từ. Mạch bảo vệ quá tải: Chương 2 Các thiết bị điện trong hệ thống tự động hóa 2.1 Các thiết bị mạch lực.1 Các thiết bị mạch điều khiển. Các thiết bị mạch lực ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Phƣơng trình cơ sở Động cơ điện không đồng bộ 3 pha đƣợc điều khiển bằng 3 phƣơng pháp Phƣơng trình cơ sở Phƣơng trình vi phân khi điều khiển tần số Phƣơng trình vi phân khi điều khiển điện áp ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Động cơ điện một chiều trong các hệ thống điều khiển thƣờng là động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập: Điều khiển bằng phƣơng pháp điều chỉnh điện áp phần ứng và điều chỉnh từ thông Phƣơng trình cơ sở Động cơ điện 1 chiều điều khiển từ thông ĐỘNG CƠ BƢỚC Cấu tạo Động cơ bƣớc (stepper motor), thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dƣới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay. LỢI ÍCH CỦA ĐỘNG CƠ BƢỚC Không chổi than: Không xảy ra hiện tƣợng đánh lửa chổi than làm tổn hao năng lƣợng, tại một số môi trƣờng đặc biệt (hầm lò.) có thể gây nguy hiểm.
Tạo đƣợc mômen giữ: Một vấn đề khó trong điều khiển là điều khiển động cơ ở tốc độ thấp mà vẫn giữ đƣợc mômen tải lớn. Động cơ bƣớc là thiết bị làm việc tốt trong vùng tốc độ nhỏ. Nó có thể giữ đƣợc mômen thậm chí cả vị trí nhằm vào tác dụng hãm lại của từ trƣờng rotor. Điều khiển vị trí theo vòng hở: Một lợi thế rất lớn của động cơ bƣớc là ta có thể điều chỉnh vị trí quay của roto theo ý muốn mà không cần đến phản hồi vị trí nhƣ các động cơ khác, không phải dùng đến encoder hay máy phát tốc (khác với servo).
Độc lập với tải: Với động cơ bƣớc, tốc độ quay của rotor không phụ thuộc vào tải (khi vẫn nằm trong vùng momen có thể kéo đƣợc). Khi momen tải quá lớn gây ra hiện tƣợng trƣợt, do đó không thể kiểm soát đƣợc góc quay. Đặc điểm động cơ bƣớc Động cơ bước hoạt động dưới tác dụng của các xung rời rạc và kế tiếp nhau. Khi có dòng điện hay điện áp đặt vào cuộn dây phần ứng của động cơ bước làm cho roto của động cơ quay một góc nhất định gọi là bước của động cơ.
Góc bước là góc quay của trục động cơ tương ứng với một xung điều khiển. Góc bước được xác định dựa vào cấu trúc của động cơ bước và phương pháp điều khiển động cơ bước.