Điều khiển biến tần thông qua PLC bằng ngôn ngữ lập trình Ladder

1. Khái niệm chung

1.1. Khái niệm về biến tần (VFD)

Biến tần ( Inverter ) hay còn được gọi là bộ đổi khác tần số ( Variable Frequency Drive, VFD ) là một loại thiết bị điều khiển và tinh chỉnh hiệu suất sử dụng công nghệ tiên tiến quy đổi tần số và công nghệ tiên tiến vi điện tử để điều khiển và tinh chỉnh động cơ xoay chiều bằng cách đổi khác tần số hiệu suất thao tác của động cơ .

1.1.1. Nguyên lý làm việc

Nguyên lý thao tác chung của biến tần là đổi khác tần số không biến hóa được của nguồn điện ( thường là 50-60 Hz ) ở đầu vào biến tần thành tần số đổi khác được của nguồn điện ở đầu ra biến tần như sau :

• Đầu tiên, bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện sẽ lọc nguồn điện xoay chiều 1 pha hoặc 3 pha thành nguồn 1 chiều phẳng.
• Tiếp theo, phần điện áp 1 chiều này sẽ được biến đổi thành điện áp xoay chiều đối xứng. Sau đó, thông qua trình tự kích hoạt thích hợp bộ biến đổi IGPT của biến tần sẽ tạo ra 1 điện áp xoay chiều bằng phương pháp điều chế độ xung (PWM), tức điện áp có xung (tần số) có thể thay đổi được ở đầu ra biến tần .

Hình 1. Nguyên lý làm việc của biến tần (VFD)

1.2. Khái niệm về PLC

PLC ( Programmable Logic Controller ), là thiết bị tinh chỉnh và điều khiển lập trình được ( khả trình ) được cho phép thực thi linh động những thuật toán tinh chỉnh và điều khiển logic trải qua một ngôn từ lập trình. PLC dùng để sửa chữa thay thế những mạch relay trong trong thực tiễn. PLC hoạt động giải trí theo phương pháp quét những trạng thái trên đầu ra và nguồn vào. Khi có sự biến hóa ở đầu vào thì đầu ra sẽ biến hóa theo. Ngôn ngữ lập trình của PLC hoàn toàn có thể là Ladder hay State Logic. Hiện nay có nhiều hãng sản xuất ra PLC như Siemens, Allen – Bradley, Mitsubishi Electric, …

1.2.1. Nguyên lý làm việc

CPU tinh chỉnh và điều khiển những hoạt động giải trí bên trong PLC. Bộ giải quyết và xử lý sẽ đọc và kiểm tra chương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực thi thứ tự từng lệnh trong chương trình, sẽ đóng hay ngắt những đầu ra. Các trạng thái ngõ ra ấy được phát tới những thiết bị link để thực thi. Hệ thống Bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu, mạng lưới hệ thống gồm nhiều đường tín hiệu song song :

• Address Bus: Bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ đến các Modul khác nhau.
• Data Bus: Bus dùng để truyền dữ liệu.
• Control Bus: Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thì và điều khiển đồng bộ các hoạt động trong PLC.

Hình 2. Nguyên lý làm việc của PLC

2. Điều khiển biến tần thông qua PLC

Từ những khái niệm trên ta hoàn toàn có thể hiểu được khái quát về mạng lưới hệ thống điều khiển và tinh chỉnh VFD trải qua PLC bằng cách lập trình trên bộ nhớ của PLC và dùng chính PLC đó để điều khiển và tinh chỉnh biến tần chạy với tần số mong ước. Để hiểu rõ hơn về mạng lưới hệ thống điều khiển và tinh chỉnh này tất cả chúng ta cùng nghiên tìm hiểu thêm ví dụ sau :

2.1. Yêu cầu bài toán

Thiết kế mạng lưới hệ thống bơm nước hoạt động và sinh hoạt trong mái ấm gia đình, hoàn toàn có thể kiểm soát và điều chỉnh được vận tốc, đồng thời tự động hóa ngắt khi gặp sự cố ( hiệu suất máy bơm 1HP ) .

2.2. Giải quyết vấn đề

Để hoàn toàn có thể tinh chỉnh và điều khiển bơm chạy với đa cấp vận tốc thì ta phải sử dụng một biến tần để điều khiển và tinh chỉnh động cơ trải qua sự biến hóa tần số và phối hợp với 1 PLC để tinh chỉnh và điều khiển biến tần hoạt động giải trí theo ý muốn, ở đầu cuối là 1 động cơ điện .
Chúng ta có rất nhiều dòng PLC và biến tần để triển khai điều khiển và tinh chỉnh mạng lưới hệ thống trên. Ở đây tất cả chúng ta cùng xét 2 loại PLC và biến tần cơ bản đó là PLC Siemens S7 1200 DC / DC / DC và biến tần Mitsubishi FR-E700 và động cơ không đồng điệu 3 pha 0.75 kW .
Đây là 1 ví dụ không thiếu về thang logic PLC để điều khiển và tinh chỉnh biến tần ( VFD ) để tinh chỉnh và điều khiển vận tốc động cơ với lựa chọn vận tốc từ Local Panel hoặc SCADA .

Hình 3. Sơ đồ giải thuật của hệ thống

2.3. Sơ đồ nguyên lý hệ thống

2.3.1. Mạch nguồn (Power Circuit)

Hình 4. Sơ đồ đấu dây mạch cấp nguồn

Các thành phần của mạch cấp nguồn :

• 1F4: MCB 3 pha, đóng cắt, cấp điện cho mạch động lực.
• 1F6: MCB 1 pha, đóng cắt, cấp điện cho bộ nguồn OMRON.
• 1F2, 1F2.1, 1F3: cầu chì dùng để bảo vệ đèn báo pha 1H2, 1H2.1, 1H3.
• 1U6: Bộ nguồn OMRON biến điện áp AC thành DC cấp nguồn cho PLC.

2.3.2. Mạch đấu dây PLC (Wiring Diagram PLC)

Hình 5. Sơ đồ đấu dây PLC

Các thành phần của mạch đấu dây PLC :

• 2K3: PLC Siemens S7 1200 CPU 1214 DC/DC/DC (6ES7214-1AG40-0XB0).
• 2K1: Module analog S7 1200 (6ES7232-4HA30-0XB0).

2.3.3. Mạch đấu dây biến tần (Wiring Diagram Inverter)

Hình 6. Sơ đồ đấu dây biến tần

Các thành phần của mạch đấu dây biến tần :

• 3F2: MCB 3 pha, đóng cắt, cấp điện cho biến tần.
• 3K2: Contactor, dập hồ quang sinh ra khi đóng cắt mạch.
• 5K3: Tiếp điểm thường mở điều khiển DC chạy thuận.
• 3M2: Động cơ 3 pha. 

2.3.4. Mạch đấu dây các nút nhấn trên Panel (Wiring  Diagram  Button)

Hình 7. Sơ đồ đấu dây nút nhấn trên Panel

Các thành phần của mạch nút nhấn trên Panel :

• 4S3: Nút Safety, kiểm tra an toàn của hệ thống.
• 4S4: Nút Speed_Selection, chọn điều khiển tốc độ động cơ.
• 4S5: Nút Start, khởi động hệ thống.
• 4S6: Nút Stop, dừng hệ thống.
• 4S7: Nút Reset_Faul, nút xóa lỗi hệ thống thủ công.

2.3.5. Mạch điều khiển (Control Circuit)

Hình 8. Sơ đồ đấu dây mạch điều khiển

Các phần tử của mạch cấp nguồn:

• 5K2, 5K3, 5K5, 5K7: Các cuộn hút của relay ở ngõ ra PLC.
• 4H4, 4H6, 4H8: Đèn báo chạy, đèn báo dừng, đèn báo lỗi.

2.4. Thiết lập và chạy thông số trong VFD

Để hoàn toàn có thể tinh chỉnh và điều khiển động cơ chạy theo nhu yếu bài toán thì tất cả chúng ta cần thiết lập trên biến tần những công dụng thiết yếu :

• Cài đặt các thông số cần thiết của động cơ như: điện áp đầu vào, tần số, loại động cơ, dòng điện,…phải được nhập vào VFD trong khi vận hành.
• Cài đặt chế độ hoạt động của biến tần. 

Sau khi setup những thông số kỹ thuật thiết yếu thì mở màn quản lý và vận hành thử biến tần để được cung ứng vừa đủ thông tin về nguồn vào, đầu ra tương tự như và số :

• Thông tin đầu vào số của lệnh bắt đầu và lệnh chọn tốc độ.
• Thông tin đầu vào tương tự như đầu vào tốc độ 1 và đầu vào tốc độ 2.
• Thông tin đầu ra tương tự như tần số động cơ hiện tại.

2.5. Chương trình trên PLC

2.5.1. Danh sách Input/Output

2.5.2. Network 1

Trong Network 1 này, dùng để kiểm tra xem mạng lưới hệ thống có chuẩn bị sẵn sàng thao tác chưa, những thiết lập trên VFD cũng như nguồn đã được cấp khá đầy đủ và bảo đảm an toàn thì nhấn nút “ Safety ” thì “ Ready_To_Start ” được đặt lên 1 tức mạng lưới hệ thống đã chuẩn bị sẵn sàng thao tác .

2.5.3. Network 2

Trong Network 2 này, khi những điều kiện kèm theo ở Network 1 thỏa mãn nhu cầu thì nhấn nút “ Start ” cho mạng lưới hệ thống mở màn hoạt động giải trí lúc này “ Drive_Do ” được đặt lên 1 cho đến khi gặp sự cố “ Orror ” thì mạng lưới hệ thống mới dừng lại. Đồng thời khi nhấn “ Start ” thì mạng lưới hệ thống sẽ tự động hóa đặt lại “ Drive_Stop ” ( nếu tất cả chúng ta muốn mạng lưới hệ thống hoạt động giải trí lại sau khi nhấn “ Stop ” ) .

2.5.4. Network 3

Trong Network 3 này, khi nhấn “ Stop ” thì “ Drive_Do ” sẽ tự động hóa được đặt lại, đồng thời “ Drive_Stop ” sẽ được đặt lên mức 1 để dừng mạng lưới hệ thống ngay lập tức .

2.5.5. Network 4

Trong Network 4 này, chỉ là một điều kiện kèm theo cho mạng lưới hệ thống hoạt động giải trí bảo đảm an toàn hơn, tức khi “ Drive_Do ” được đặt lên 1, do bất kỳ điều kiện kèm theo nào mà VFD lỗi thì với thời hạn đặt trước ở timer “ Run_FB_Timer ” thì mạng lưới hệ thống sẽ đặt lại “ Drive_Do ” và thiết lập lỗi cho mạng lưới hệ thống bằng cách đặt “ Orror ” lên 1. Đồng thời hàng loạt mạng lưới hệ thống cũng sẽ dừng hoạt động giải trí theo .
Lỗi này hoàn toàn có thể xác nhận từ SCADA và xử lý lỗi từ bên ngoài .

2.5.6. Network 5

Trong Network 5 này, dùng để báo lỗi khi động cơ chạy quá tải do tín hiệu từ VFD trả về, khi động cơ bị quá tải thì “ Drive_Do ” được đặt lại và lỗi mạng lưới hệ thống được thiết lập bằng cách đặt “ Orror ” lên 1, làm dừng hàng loạt mạng lưới hệ thống .
Lỗi này hoàn toàn có thể xác nhận từ SCADA và xử lý lỗi từ bên ngoài .

2.5.7. Network 6

Trong Network 6 này, đây là lựa chọn đầu ra số nếu không nhấn “ Speed_Selection ” thì mạng lưới hệ thống sẽ không kích hoạt bit lựa chọn vận tốc trên SCADA, đồng thời mạng lưới hệ thống vẫn chạy theo vận tốc mà ta đặt lúc khởi đầu mà không biến hóa vận tốc khi bơm. Nếu nhấn “ Speed_Selection ” thì mạng lưới hệ thống sẽ kích hoạt biết lựa chọn vận tốc tinh chỉnh và điều khiển trên SCADA .

2.5.8. Network 7

Trong Network 7 này, dùng để khắc phục lỗi mạng lưới hệ thống bằng tay thủ công, khi nhấn “ Reset_Faul ” thì bit “ Orror ” sẽ được đặt lại lúc này mạng lưới hệ thống trở lại thông thường .

2.6. Thiết kế SCADA

2.6.1. Trạng thái ban đầu

Hình 9. Trạng thái động cơ lúc ban đầu

Đây là trạng thái thông thường của động cơ. Không có lỗi cũng như bit Ready cũng ở trạng thái thông thường. Và động cơ đang chạy theo chính sách Local tức không đổi khác vận tốc động cơ .

2.6.2. Trạng thái chạy

Hình 10. Trạng thái động cơ đang hoạt động

Trạng thái này cho thấy bit Ready sẵn sàng chuẩn bị và động cơ đang chạy mà không có bất kể lỗi nào. Đồng thời động cơ đang chạy theo chính sách đổi khác vận tốc trên SCADA. Tốc độ đặt, vận tốc hiện tại và dòng điện đều được hiển thị để giám sát hoạt động giải trí của động cơ .

2.6.3. Trạng thái lỗi

Hình 11. Trạng thái động cơ đang bị lỗi

Trạng thái này cho thấy bit Error đang ở mức cao, đồng thời động cơ đang báo lỗi .

Source: https://dichvubachkhoa.vn
Category : Linh Kiện Và Vật Tư