Đang tải... (xem toàn văn)
Trong thời đại công nghiệp hóa_hiện đại hóa ngày nay, máy móc đã dần thay thế sức lao động của con người; Cùng với sự phát triển như vũ bão của ngành tin học, góp phần làm bàn đạp cho sự tiến công mạnh mẽ trong công nghiệp toàn cầu mà đặc biệt là trong lĩnh vực Tự Động Hóa Điều Khiển. Trong công nghiệp ứng dụng, một thiết bị điều khiển được đặc biệt chú ý và sử dụng rộng rãi do tính chắc chắn, an toàn thích ứng với môi trường công nghiệp mà đặc biệt là mang lại hiệu quả cao, đó là thiết bị điều khiển PLC S7_200 do hãng Siemens sản xuất với phần lập trình bằng ngôn ngữ Step 7. PLC được sản xuất với nhiều thế hệ như: PLC CPU 214, CPU 215, 216,…224, 225,…Trong luận văn này, em đã dùng PLC S7_200 để điều khiển Hệ Thống Chiết Chai Di Động, một dây chuyền sản xuất đang được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy chế biến đồ uống như Nhà máy bia, nhà máy chế biến nước ngọt,… Và hệ thống này còn có thể được dùng để điều khiển nhiều đối tượng khác như: trong khâu đóng nút chai, trong cắt ống thép, cắt ống nhựa, cắt giấy và trong nhiều ứng dụng khác. Hệ thống này là một khâu khá quan trọng trong một dây chuyền sản xuất vì nó đòi hỏi độ chính xác cao và an toàn trong công nghiệp nên càng ngày càng phải được cải tiến nâng cao năng suất.
T.K. MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG GVHD: Thầy HOÀNG MINH TRÍ 1 PHẦN I TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ DC VÀ ĐỘNG CƠ BƯỚC SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH Trang 1 T.K. MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG GVHD: Thầy HOÀNG MINH TRÍ 2 CHƯƠNG I GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ DC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC I. Giới thiệu về động cơ một chiều 1. Khái niệm Ngày nay, mặc dù điện xoay chiều được sử dụng rất rộng rãi. song máy điện một chiều vẫn tồn tại, đặc biệt là động cơ điện một chiều. Trong công nghiệp, động cơ điện một chiều được sử dụng ở những nơi cần momen mở máy lớn hoặc trong yêu cầu điều chỉnh tốc độ và phạm vi rộng. Trong các thiết bò tự động, các máy điện khuếch đại, các động cơ chấp hành cũng là máy điện một chiều. Ngoài ra, các máy điện một chiều còn thấy trong các thiết bò ô tô, tàu thủy, máy bay, các máy phát điện một chiều điện áp thấp dùng trong thiết bò điện hóa, hàn điện với chất lượng cao. Nhược điểm chủ yếu của máy điện một chiều là có cổ góp làm cho cấu tạo phức tạp, đắc tiền , kém tin cậy và nguy hiểm trong môi trường dễ nổ. Khi sử dụng động cơ một chiều cần phải có nguồn một chiều kèm theo. 2. Nguyên lý làm việc Khi cho điện áp một chiều U vào 2 chổi điện A và B, trong dây quấn phần ứng có dòng điện I ư . các thanh dẫn ab, cd có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chòu lực F đt tác động làm cho rô to quay. Chiều lực xác đònh theo qui tắc bàn tay trái. Phương trình điện áp: U = E ư + R ư I ư . Trong đó: E ư là sức phản điện. I ư là dòng điện trong dây quấn phần ứng SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH Trang 2 T.K. MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG GVHD: Thầy HOÀNG MINH TRÍ 3 R ư là điện trở của dây quấn phần ứng. U là điện áp đưa vào. Sức điện động của động cơ điện một chiều: φ n a PN Fu 60 '= Trong đó : p là số đôi cực từ chính. N là số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần cứng. a là số đôi cực nhánh song song của cuộn dây. n là tốc độ quay (vòng / phút). φ là từ thông kích từ dưới một cực từ (wb). Mômen điện từ của động cơ: φ π . . .2 udt I a PN M = Momen điện từ là momen quay, cùng chiều với tốc độ quay n. 3. Điều chỉnh tốc độ Ta có phương trình: E ư = U – R ư I ư Thay trò số E ư = k E . φ. n Ta có phương trình tốc độ: Ta có các phương pháp điều chỉnh tốc độ: Mắc điện trở điều chỉnh vào mạch phần ứng: Khi thêm điện trở vào mạch phần ứng, tốc độ sẽ giảm. Tổn hao trên phần ứng lớn nên chỉ số sử dụng với động cơ công suất nhỏ. Thay đổi điện áp U: SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH Trang 3 φ . ,, E uu K IRU n − = φ . , M u K M I = M KK RR K U n ME P u E 2 . , φ φ + −= T.K. MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG GVHD: Thầy HOÀNG MINH TRÍ 4 Nguồn điện một chiều điều chỉnh được dùng để cung cấp điện áp cho động cơ. Phương pháp này được sử dụng nhiều. Thay đổi từ thông: Thay đổi từ thông bằng cách thay đổi dòng điện kích từ. Khi điều chỉnh tốc độ ta kết hợp các phương pháp trên với nhau. Ví dụ: phương pháp thay đổi từ thông kết hợp với phương pháp thay đổi điện áp thì phạm vi điều chỉnh rất rộng. Đây là ưu điểm lớn của động cơ điện một chiều. 4. Đặc tính động cơ điện kích từ song song Đường đặc tính cơ: n = f(M) Ta có : M = K M . I ư .φ ⇒ Để thay đổi tốc độ ta thêm điện trở Rp SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH Trang 4 , , EE KK u u I R U n φφ −= M KK R K U n ME u E 2 . , φ φ −= Iư + - - + A1 A2 + - F1 F2 Ikt Kích từ song song T.K. MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG GVHD: Thầy HOÀNG MINH TRÍ 5 Đường đặc tính cơ Đặc tính làm việc: Đặc tính làm việc được xác đònh khi điện áp và dòng điện kích từ không thay đổi. Đó là các quan hệ giữa tốc độ n, momen M, dòng điện phần ứng I ư và hiệu suất η theo công suất có trên trục P 2 : Ta thấy đặc tính cơ cứng và tốc độ rất ít thay đổi khi P 2 thay đổi nên được dùng trong máy cắt kim loại, máy công cụ. Điều chỉnh tốc độ với yêu cầu cao sẽ được dùng động cơ kích từ độc lập. SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH Trang 5 P 2 I n M I ư n η M R P = 0 R P ≠ 0 n k M = φ T.K. MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG GVHD: Thầy HOÀNG MINH TRÍ 6 5. Đặc tính động cơ điện kích từ độc lập Ưu điểm: khi làm việc máy không bò ảnh hưởng bởi I kt Nhược: tốn kinh phí do nguồn kích. 6. Đặc tính động cơ điện kích từ nối tiếp I = I Ư = I kt Đặc tính cơ: n = f(M) I ư = k I .φ M = k M . I Ư . φ = k M . k I . φ 2 = k 2 . φ 2 hay Với I M k k k = SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH Trang 6 Kích từ độc lập Vkt + - Ikt V Iư + - - + Kích từ nối tiếp - + V Iư + - T.K. MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG GVHD: Thầy HOÀNG MINH TRÍ 7 Ta có: Đặc tính cơ Phương trình đặc tính có dạng Hyperpon _ đặc tính cơ mềm, dễ thay đổi tốc độ hơn kích từ song song. Nhưng dễ gây hỏng động cơ khi tăng tốc độ. Do đó, không cho phép động cơ kích từ nối tiếp mở máy không tải hoặc tải nhỏ. Đặc tính làm việc: Động cơ làm việc với tốc độ n nhỏ hơn n gh . SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH Trang 7 E uI E k Rk Mk Uk n ' . . . −= M n n P 2 Vùng làm việc η n I M n gh T.K. MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG GVHD: Thầy HOÀNG MINH TRÍ 8 Khi chưa bão hòa momen quay động cơ tỷ lệ với bình phương dòng điện, tốc độ giảm theo tải, động cơ kích từ nối tiếp thích hợp trong chế độ tải nặng nề. 7. Đặc tính động cơ điện kích từ hỗn hợp Các dây quấn kích từ có thể nối thuận (từ trường 2 dây quấn cùng chiều) làm tăng từ thông, hoặc nối ngược (từ trường 2 dây quấn ngược nhau) làm giảm từ thông. Đặc tính cơ động cơ kích từ hỗn hợp khi nối thuận (đường 1) sẽ là trung bình giữa đặc tính cơ của động cơ kích từ somg song (đường 2) và nối tiếp (đường 3) ở hình trên. SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH Trang 8 4 2 3 1 n M Đặc tính cơ Kích từ hổn hợp - Iư + T.K. MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG GVHD: Thầy HOÀNG MINH TRÍ 9 Các động cơ làm việc nặng nề, dây quấn kích từ nối tiếp là dây kích từ chính, dây quấn kích từ song song là phụ và nối thuận. Dây quấn kích từ song song bảo đảm tốc độ động cơ không tăng quá lớn khi M nhỏ. Động cơ kích từ hỗn hợp có dây quấn kích từ nối tiếp là kích từ phụ và nối ngược, có đặc tính rất cứng (đường 4), tốc độ hầu như cố đònh khi momen thay đổi. Thích hợp với các động cơ yêu cầu tốc độ ít thay đổi. II. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC Trong công nghiệp đòi hỏi có nhiều cấp tốc độ khác nhau, tùy theo yêu cầu cần thiết mà người ta chọn cấp tốc độ này hay cấp tốc độ khác. Để có các cấp tốc độ khác nhau, ta có thể thay đổi cấu trúc cơ học của máy như tỉ số truyền hay thay đổi tốc độ của chính động cơ truyền động. Thông thường để chỉnh tinh tốc độ ta dùng phương pháp thay đổi tốc độ của động cơ truyền động, các phương pháp điều chỉnh sau: 1. Điều chỉnh các thông số ở mạch của máy điện - Điều chỉnh điện trở của mạch phần ứng. - Điều chỉnh kích từ của động cơ. Phương pháp điều chỉnh này có tốc độ cứng, đặc tính cơ giảm nên độ chính xác trong việc duy trì tốc độ không cao, phạm vi điều chỉnh tốc độ hẹp, độ tinh điều chỉnh kém. Khi điều chỉnh càng sâu thì sai số tốc độ tăng và mement ngắn mạch giảm, nghóa là độ chính xác duy trì tốc độ và khả năng quá tải kém. Phương pháp này không được khuyến khích thực hiện. 2. Thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi điện áp nguồn cung cấp cho phần ứng động cơ. - Hệ thống máy phát- động cơ. - Hệ biến đổi van điều khiển (SCR)-động cơ. - Hệ điều áp van _ từ _ động cơ (khuếch đại từ _ động cơ). - Hệ điều áp nguồn _ động cơ. SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH Trang 9 T.K. MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG GVHD: Thầy HOÀNG MINH TRÍ 10 Về các chỉ tiêu kỹ thuật và năng lượng thì phương pháp điều áp xung được đánh giá tốt. Trước hết nó là phương pháp điều chỉnh triệt để, nghóa là có thể điều chỉnh tốc độ trong bất kỳ vùng tải nào, kể cả khi không tải lý tưởng. Đặc tính cơ điều chỉnh đảm bảo được sai số tốc độ nhỏ, khả năng quá tải lớn, dải điều chỉnh rộng và tổn hao năng lượng thấp. Bởi vì đặc tính cơ của phương pháp tuy mềm hơn đặc tính cơ tự nhiên nhưng cứng hơn khi dùng phương pháp điều chỉnh thông số. Mặt khác vì phần tử điều chỉnh đặc trong mạch điều khiển của bộ biến đổi là mạch có công suất nhỏ, nên độ tinh chỉnh cao, thao tác nhẹ nhàng và có khả năng cải thiện thành hệ tự động vòng kín. Nhược điểm: là phải dùng bộ biến đổi phức tạp nên vốn đầu tư cơ bản và vận hành phí cao. Tuy nhiên với các ưu điểm trên, phương pháp này tạo được năng suất cao, tổn thất năng lượng ít do đó được sử dụng rộng rãi. 3. Điều chỉnh sơ đồ - Sơ đồ phân mạch phần ứng. - Sơ đồ dùng hai động cơ DC liên kết nối cứng với nhau. - Sơ đồ dùng hai động cơ liên kết nối hở với nhau. 4. Phương pháp điều rộng xung Điện áp ra bao gồm những xung có bề rộng thay đổi được và biên độ là hằng số. Yêu cầu là mạch có khả năng đóng ngắt ở tần số cao, có thể đóng ngắt riêng cho từng ngắt khác nhau. Các loại mạch này thích hợp cho các mạch động lực dùng transistor công suất, việc đóng ngắt nhiều lần, nếu ta thay đổi được các độ rộng xung trong một chu kỳ thì ta có thể hạn chế được sóng hài bậc cao. Với những nhận xét ưu điểm của bốn phương pháp điều chỉnh trên ta nhận thấy: Để điều chỉnh tốc độ động cơ DC cần có dải điều chỉnh rộng, đòi hỏi chất lượng điều chỉnh cao, ta chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ DC bằng phương pháp điều rộng xung nghóa là thay đổi được t on và f xung = 1/T = const. III. CHỈ TIÊU CHẤT LƯNG CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH Trang 10 [...]... là động cơ trả năng lượng về lưới nên động cơ được xem như máy phát, đến khi động cơ được kích dẫn bởi xung kế tiếp thì lúc đó dòng bắt đầu tăng lên SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH Trang 23 T.K MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG GVHD: Thầy HOÀNG MINH TRÍ 24 Xung kích Iư Giản đồ xung kích c Đảo chiều quay động cơ Để thay đổi chiều quay của động cơ ta cần đổi dấu điện áp quy đònh vận tốc Theo lý thuyết, vận tốc của động. .. hafl-step: Winding 1 1001001001001001001001001 SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH Trang 32 T.K MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG GVHD: Thầy HOÀNG MINH TRÍ 33 Winding 2 0100100100100100100100100 Winding 3 0010010010010010010010010 time -> III ĐỘNG CƠ LƯỢNG CỰC Hình 3.3 Động cơ nam châm vónh cửu được cấu tạo với phần cơ giống hệt loại đơn cực nhưng hai cuộn dây được kết nối đơn giản hơn, không có mối nối ở giữa Như vậy động cơ... hai khối sau: Uu(s) K M 1 (1 + s.TM ) 1 + s.TM 1 Iu(s) KM2 1 + s.TM 1 ω(s) Hình 1-9: Sơ đồ cấu trúc đơn giản hoá IV CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐẢO CHIỀU QUAY ĐỘNG CƠ DÙNG TRANSISTOR 1 Các phương pháp đảo chiều quay SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH Trang 21 T.K MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG GVHD: Thầy HOÀNG MINH TRÍ 22 Để đảo chiều động cơ có thể thiết kế hệ đảo chiều theo ba phương pháp sau: a Đảo chiều dòng kích từ Phương... đổi của tín hiệu ra không phản ánh vào thiết bò điều khiển Khối điều khiển Bộ biến đổi Động cơ DC Hình 1_2: Sơ đồ khối của hệ thống hở • Nguyên lý điều chỉnh Đối với động cơ DC khi giữ điện áp phần ứng không đổi, ta thay đổi độ rộng xung kích thì tốc độ của động cơ sẽ thay đổi và tránh được những biến động lớn về gia tốc và động lực trong hệ + Vi - Bộ Đảo Chiều Hình1 _3: Sơ đồ nguyên lý tổng quát Bộ biến... trong các thiết kế động cơ điện phổ biến nhất tuy nhiên loại động cơ 15 hay 7.5 độ cho mỗi bước cực có giá trò hơn SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH Trang 31 T.K MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG GVHD: Thầy HOÀNG MINH TRÍ 32 Như trong hình vẽ minh họa dòng điện chạy từ điểm giữa cuộn dây tới điểm cuối là nguyên nhân gây ra cho đỉnh của cực stator là bắc trong khi đó cực dưới lại nam , nó hút rotor về vò trí như hình vẽ... (1-14) J với : TM = β : Hằng số cơ 6 Hàm truyền của động cơ kích từ độc lập Iư V + - Ikt + + - - Vkt Hình 1_7: Sơ đồ tương đương của động cơ Phương trình cân bằng điện áp U u = E + Ru ∑ I u + Lu E = K Φ.ω SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH dI u dt (1-15) (1-16) Trang 18 T.K MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG GVHD: Thầy HOÀNG MINH TRÍ 19 Phương trình cân bằng moment trên trục động cơ M = M t + B.ω M = M t + B.ω + J dω dt... khởi động và khi sai lệch vận tốc lớn ϕm e I V1 V2 Khuếch đại II V3 KĐ có giới hạn V4 III V5 Biến đổi Khuếch đại Vòng dòng điện Điện áp tỉ lệ dòng điện ωm Vòng tốc độ Máy phát tốc Vòng vò trí Động cơ Giải mã vò trí SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH Trang 28 T.K MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG GVHD: Thầy HOÀNG MINH TRÍ 29 CHƯƠNG III GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ BƯỚC VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC Trong hệ thống tự động. .. sử dụng rộng rải hệ thống truyền động rời rạc Các hệ thống truyền động rời rạc này thực hiện nhờ loại động cơ chấp hành đặc biệt gọi là động cơ bước Động cơ bước thường là động cơ đồng bộ dùng để phổ biến các tín hiệu điều khiển dươí dạng các xung điện áp thành các chuyển động góc quay hoặc chuyển động của rotor và có khả năng cố đònh rotor vào những vò trí cấn thiết Động cơ bước làm việc được nhờ có... khiển: Winding 1 1001001001001001001001001 Winding 2 0100100100100100100100100 SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH Trang 30 T.K MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG GVHD: Thầy HOÀNG MINH TRÍ 31 Winding 3 0010010010010010010010010 time > Cũng có loại động cơ từ trở thay đổi có từ 4 đến 5 cuộn dây hoặ hơn nữa Cách điều khiển cũng tương tự như cho 3 cuộn dây Nhưng điều quan trọng là xác đònh chính xác thứ tự các bước Dạng động. .. được động cơ có góc bước nhỏ hơn II ĐỘNG CƠ ĐƠN CỰC Hình 3.2 Động cơ bước đơn cực cả nam châm vónh cửu lẫn động cơ bước hỗn hợp có 5 hay 6 đầu dây thường dùng sơ đồ trên một kết nối giữa cho mỗi dây Khi sử dụng các kết nối giữa của cuộn dây thường được kết vào nguồn cung cấp dương và hai đầu của mỗi cuộn dây được nối xuống đất, tuỳ thuộc đầu vào nối đất ta sẽ xác đònh chiều quay rotor Động cơ mô tả