


 
!!"#$%&'#()*+++$+,-.(/'01
!!!"#$%&'#()*+++$+,-1
Con người hiện nay đang sử dụng nguồn lực thiên nhiên với một tốc độ nhanh
hơn tốc độ tái tạo và cung cấp của Trái đất đến 20%. Trong vòng 40 năm, từ năm 1961
đến 2001, mức tiêu thụ nguồn nhiên liệu khai thác từ lòng đất, như than, khí đốt và dầu
hỏa, đã tăng với tỉ lệ kinh khủng là 700%. Trong khi đó, Trái đất không có đủ thời
gian để hấp thụ hết một lượng khí CO
2
khổng lồ thải ra từ những hoạt động sản xuất và
khai thác của con người. Hậu quả là lượng khí thải không được hấp thụ đó đã dần dần
hủy hoại tầng ô-zôn bảo vệ Trái đất. Từ năm 1970 đến năm 2000, số lượng sinh vật
sống trên cạn và dưới biển đã giảm đi 30%, trong khi các chủng loài động vật nước
ngọt bị thu hẹp “dân số” đến 50%. Sự suy thoái này là hậu quả của nạn phá hủy môi
trường sống, tình trạng ô nhiễm ngày càng tăng và sự khai thác, sử dụng tài nguyên
quá mức.
Thực trạng tài nguyên đất trên thế giới cũng rất đáng lo ngại. Tổng diện tích đất
tự nhiên là 17.077 triệu ha; diện tích đất tiềm năng là 3,2 tỷ ha; diện tích đất canh tác
là 1,5 tỷ ha; diện tích đất có thể khai hoang là 1,7 tỷ ha; đất tốt ít trong khi đất xấu
nhiều, tỷ lệ đất có năng suất cao đạt 14%, năng suất trung bình đạt 28%, năng suất
thấp đạt 58%. Đất thế giới suy giảm liên tục về số lượng và chất lượng, hiện nay mất
14 - 15 triệu ha/năm đất nông nghiệp do sử dụng không đúng mục đích. Ngoài ra, sự
phát triển nhanh của ngành công nghiệp gỗ, giấy và sự chuyển đổi mục đích sử dụng
đất để phát triển các đồn điền trong cao su, cà phê, cọ dầu…đã và đang làm cho diện
tích rừng bị thu hẹp nhanh chóng nhất là rừng nhiệt đới. Đến nay, thế giới đã mất đi
1/3 diện tích rừng hiện có, rừng còn lại không đủ để che phủ 1/3 lục địa của hành tinh.
Hơn 40% diện tích rừng nguyên sinh nhiệt đới đã bị hủy diệt… hậu quả lên môi
trường ngày càng nặng nề.

có thời gian nấu cao hơn 360% so với thế giới, các chỉ tiêu tiêu hao thép phế, điện và
điện cực đều quá cao, đặc biệt tiêu hao điện bằng 257% so với các nước, song công
đoạn cán có tốc độ chỉ bằng 12,7% so với các nhà máy trên thế giới. Về tài nguyên
rừng, hiện tại, rừng tự nhiên có khả năng khai thác gỗ không còn bao nhiêu (ước tính
khoảng 0,5 triệu ha). Diện tích rừng sản xuất chỉ chiếm hơn 50% trong tổng diện tích
rừng hiện có nhưng phần lớn là rừng nghèo và trung bình.

Như vậy, với tốc độ khai thác tài nguyên như hiện nay, môi trường ngày càng bị
suy thoái nghiêm trọng, gây tổn thương cho con người đang sống ở hiện tại và các thế
hệ tương lai - buộc chúng ta phải xem xét đến thước đo của sự phát triển - phát triển
bền vững và có những phương sách chiến lược để đảm bảo thực hiện phát triển bền
vững một cách có hiệu quả.
,&0345607.89:.;#<#8=#!
Bước vào thập kỷ thứ hai của thế kỷ 21, việc sử dụng năng lượng trên thế giới, và
cả ở Việt Nam, đang phải đối mặt với hai vấn đề nan giải có khả năng làm sụp đổ công
cuộc phát triển kinh tế và đe dọa sự phồn vinh của các quốc gia. Đó là nguy cơ thiếu
hụt năng lượng, và nguy cơ biến đổi khí hậu gây ra bởi việc sử dụng các nhiên liệu hoá
thạch. Để góp phần giải quyết đồng thời hai vấn đề này, chúng ta cần có những giải
pháp để tiết kiệm năng lượng.
SVTH: Lê Xuân Thường – Lớp 06D3 -Trang 3 -

Tiết kiệm năng lượng cũng không có nghĩa là phải hy sinh những dịch vụ do
năng lượng cung cấp hay hạ thấp chất lượng đời sống vì phải cắt giảm năng lượng mà
chỉ đơn giản là làm tăng hiệu suất sử dụng năng lượng hay giảm cường độ năng lượng
nghĩa là tìm cách cung cấp một dịch vụ năng lượng tương đương nhưng với mức tiêu
hao năng lượng thấp hơn.
!2#>,&03451
!2!,&0345$?@?%1
Trong các giải pháp để ứng phó với tình trạng cạn kiệt năng lượng, người ta
thường nhắc đến giải pháp cắt giảm và tiết kiệm tiêu thụ năng lượng. Mục tiêu nhằm

màu sáng, tận dụng ánh sáng tự nhiên để tiết kiệm một phần ánh sáng điện.
#!:)#FGH)I@JKL99$?'9M1
 Hạn chế mở tủ để đỡ tốn điện. Nhiệt độ bên trong tủ lạnh nên để ở chế
độ từ 3 - 6
0
C. Với chế độ đông lạnh thì để - 15
0
C đến -18
0
C. Cứ lạnh hơn 10
0
C là tốn
thêm 25% điện năng. Bạn cũng nên thường xuyên kiểm tra gioăng cao su, nếu bị hở
thì bộ phận nén khí của tủ lạnh sẽ phải làm việc nhiều nên rất tốn điện.
  Hãy để nhiệt độ ở mức trên 20
0
C. Cứ cao hơn 10
0
C là bạn
đã tiết kiệm được 10% điện năng. Nếu bạn thường xuyên lau chùi bộ phận lọc thì sẽ
tiết kiệm được từ 5 - 7% điện năng. Nếu đặt máy xa tường bạn sẽ tiết kiệm 20 - 25%
điện năng. Nên tắt máy điều hòa nếu bạn vắng nhà 1 giờ trở lên.
 Nên cho quạt chạy ở tốc độ thích hợp để tiết kiệm điện vì quạt càng chạy
nhanh càng tốn điện. Nhớ rút phích cắm điều khiển từ xa ở quạt sau mỗi lần sử dụng.
! Màn hình máy tính có độ sáng càng cao, màu càng đậm thì càng tốn
điện. Nên tắt máy tính nếu như bạn không có ý định dùng trong vòng 15 phút. Hãy
chọn chế độ tiết kiệm điện năng trong máy tính (Screen Save) để vừa bảo vệ được
máy, vừa giảm được khoảng 55% lượng điện năng tiêu thụ trong thời gian tạm dừng
sử dụng máy (down-time).
" Không dùng bàn là trong phòng có bật máy điều hoà nhiệt độ hoặc khi

khói, hơi nước có sử dụng động cơ ba pha xoay chiều làm động cơ sơ cấp. Tại các xí
nghiệp khác, thường là các thiết bị làm mát (điều hoà trung tâm ), máy bơm nước
Trong quá trình sản xuất, lưu lượng của các thiết bị này luôn cần thay đổi để phù
hợp với nhu cầu cụ thể về sản xuất của xí nghiệp, nhà máy Với động cơ sơ cấp là
các động cơ xoay chiều ba pha, việc điều chỉnh lưu lượng của các thiết bị này là khó
khăn vì như ta đã biết, lưu lượng của các môi chất thông qua thiết bị là phụ thuộc vào
tốc độ quay của động cơ sơ cấp. Với cấu tạo của các động cơ xoay chiều ba pha truyền
thống thì tốc độ quay của động cơ coi như không đổi với hệ thống lưới điện xoay
chiều có tần số công nghiệp f = 50Hz thông qua quan hệ f=p.n/60 - trong đó p là số đôi
cực của động cơ, và n là tốc độ quay. Với quan hệ này, tốc độ quay của động cơ chỉ
còn phụ thuộc vào tần số của lưới điện. Vì vậy để thực hiện thay đổi được lưu lượng,
điều tốt nhất là thay đổi tốc độ động cơ sơ cấp, có nghĩa là cần thay đổi tần số của lưới
SVTH: Lê Xuân Thường – Lớp 06D3 -Trang 6 -

điện. Thêm nữa, như ta đã biết, đối với các hệ truyền động loại bơm và quạt, mômen
tải phụ thuộc vào tốc độ quay của trục theo hàm bình phương. Lưu lượng ra của hệ tỉ
lệ thuận với tốc độ quay: Q ≈ n
Do rằng việc điều chỉnh tần số của lưới điện là điều không thể được, nên cho đến
nay tại các xí nghiệp, nhà máy thường để điều chỉnh lưu lượng, người ta thường sử
dụng biện pháp điều chỉnh các lá chắn đầu vào, đầu ra hoặc làm một đường quay trở
lại. Thí dụ như ở nhà máy nhiệt điện, ở các quạt hút khói, thổi gió, ở đầu ra hoặc đầu
vào của quạt, thường có một lá chắn động, gồm các cánh hình cánh quạt, có trục quay
theo các bán kính. Có một động cơ nhỏ điều khiển độ quay của các lá chắn này, để tạo
ra các khe hở rộng hay hẹp tuỳ theo yêu cầu cho gió, khói lọt qua. Việc điều chỉnh lưu
lượng khói gió kiểu đối phó này tuy có đem lại hiệu quả về điều chỉnh lưu lượng khói
gió nhưng không kinh tế vì động cơ vẫn làm việc gần như không thay đổi, lượng điện
tiêu thụ không giảm được bao nhiêu.
Hiển nhiên là trong các phương pháp trên đây, năng lượng tiêu thụ của toàn hệ
thống lớn hơn nhiều so với năng lượng yêu cầu khi lưu lượng yêu cầu giảm đi so với
thiết kế. Mặc dù khi giảm lưu lượng ra, năng lượng tiêu thụ cũng giảm đi nhưng tổn

trong các yếu tố cấu thành giá nước thì chi phí điện bơm nước chiếm tỷ lệ rất lớn
khoảng 30 – 35%.Trước đây có tồn tại quan điểm cho rằng việc đầu tư vào tiết kiệm
năng lượng là một công việc tốn kém không mang lại hiệu quả thiết thực. Với công
nghệ biến tần tính toán đã chỉ ra rằng việc đầu tư vào hệ thống điều khiển tiết kiệm
năng lượng cho trạm bơm cấp 1 có thời gian hoàn vốn đầu tư hết sức ngắn và làm
giảm chi phí cho công tác quản lý vận hành thiết bị. Máy bơm và quạt gió là những
ứng dụng rất thích hợp với truyền động biến đổi tốc độ tiết kiệm năng lượng. Vì vậy
trong phạm vi đồ án tốt nghiệp em sẽ đề cập đến việc sử dụng thiết bị biến tần trong
điều khiển tốc độ tiết kiệm năng lượng cho các máy bơm nước.
)*+, #/01234/+5
SVTH: Lê Xuân Thường – Lớp 06D3 -Trang 8 -

Ngoài ra trong các khâu của quá trình sản xuất nước sạch, việc vận hành bơm
nước thô ở trạm bơm cấp 1 là công đoạn có thể được thực hiện gián đoạn. Vì vậy nhà
máy phải chủ động hạn chế vận hành trạm bơm này vào giờ cao điểm và thay vào đó
có kế hoạch bù lại vào các giờ thấp điểm.
=!>00S#+)L#;@)8>&#T'##97#&;9=71
Các động cơ không đồng bộ trong các xí nghiệp sản xuất tiêu thụ một lượng đáng kể
công suất phản kháng. Lượng công suất phản kháng mà động cơ tiêu thụ phụ thuộc hệ
số mang tải, được biểu thị bởi: Q = Q
o
(1-k
2
mt
)+Q
dm
.k
2
mt


phản kháng (do giảm dòng từ hoá). Khi đó tổn thất công suất tác dụng cũng giảm
SVTH: Lê Xuân Thường – Lớp 06D3 -Trang 9 -

xuống, kết quả là làm tăng hiệu suất của động cơ. Trong thực tế người ta thường dùng
các biện pháp đổi nối cuộn dây stator và phân đoạn các cuộn dây stator.
#!'*,##97#4(0.#?>=U##97##;@)8=V1
Các động cơ khi làm việc đầy tải có hiệu suất khá cao, nhưng hiệu suất sẽ giảm
khi hệ số mang tải giảm. Trong thực tế, phụ thuộc vào quá trình công nghệ, nhiều động
cơ làm việc với hệ số mang tải thay đổi và đôi khi có giá trị rất thấp. Nếu non tải, công
suất phản kháng mà động cơ tiêu thụ sẽ tăng thêm một lượng tỷ lệ với bình phương hệ
số mang tải của động cơ.
SVTH: Lê Xuân Thường – Lớp 06D3 -Trang 10 -

2
WXY/YZ[O\2]]O^^/_X`
Yab`cdOe
2!-).:=,PY4.'$1
2!!H)1
Thiết bị biến tần là thiết bị biến đổi dòng điện từ tần số f
1
này sang tần số khác là
f
2
. Tần số biến đổi thường là tần số công nghiệp 50Hz. Tần số đó được biến đổi f
1
phụ
thuộc vào mục đích yêu cầu của phụ tải, f
2
phụ thuộc vào cả cấu trúc của sơ đồ và loại
biến tần. nếu biến tần là gián tiếp thì f

- Toàn bộ hệ thống bơm quạt sẽ được điều khiển thông qua biến tần.
- Áp suất của toàn hê thống không đổi với mọi lưu lượng (cảm biến áp suất trên
đường ống phản hồi thông số về cho biến tần).
SVTH: Lê Xuân Thường – Lớp 06D3 -Trang 11 -

- Với phương pháp điều khiền U/f, điều khiển vector, do đó tốc độ có thể thay
đổi một cách linh hoạt.
- Dòng khởi động được hạn chế sẽ không gây sụt áp khi khởi động sẽ không
ảnh hưởng đến các thiết bị khác.
- Quá trình stop, start được mềm hóa nên giảm tổn hại cho động cơ về mặt cơ
khí, cho hệ truyền động cũng như về mặt điện. Chi phí bảo dưỡng giảm.
- Không giới hạn số lần khởi động .
- Tiết kiệm năng lượng khi tải thay đổi liên tục.
- Có các chức năng bảo vệ: quá áp, thấp áp, quá nhiệt,bảo vệ nhiệt động cơ, bảo
vệ ngắn mạch,đảo pha, kẹt rotor,…
- Có tính năng làm đầy đường ống: khởi động bơm từ từ với thời gian cài đặt,
tránh gây rung đường ống và sự thay đổi áp suất đột ngột,… ảnh hưởng xấu cho
hệ thống.
2!!28)%?=,P1
• Mạch chỉnh lưu
• Mạch một chiều trung gian (DC link)
• Mạch nghịch lưu
• Phần điều khiển
SVTH: Lê Xuân Thường – Lớp 06D3 -Trang 12 -

*+,6/01
7'(.&8%12/01
)95
SVTH: Lê Xuân Thường – Lớp 06D3 -Trang 13 -


- Khi các động cơ có công suất khác nhau nên dùng luật điều khiển V/F.
d) Điều khiển nhiều động cơ:
SVTH: Lê Xuân Thường – Lớp 06D3 -Trang 15 -

e) Điều khiển chủ tớ:
Chủ/ tớ theo tốc độ Chủ/ tớ theo mômen
f) Nối mạng:
Biến tần ATV71 với card "Controler inside" đóng vai trò như một bộ điều khiển
khả lập trình cho phép điều khiển một tập ứng dụng nhất định.
Chức năng đồng bộ hóa quá trình sản xuất được thực hiện ở mức trên của mạng.
2!!h##S#3#=>#T'=,P1
Điều khiển tốc độ động cơ:
a. Nối ATV với nguồn L1,L2.L3,N.
b. Nối ATV với động cơ U,V,W,N. c. Nối dây mạch điều khiển .
SVTH: Lê Xuân Thường – Lớp 06D3 -Trang 16 -

d. Nhập thông số của động cơ.
Vào Menu DrC-
- Điện áp : UnS
- Tần số : FrS
- Dòng động cơ : nCr
- Tốc độ định mức : NsP
- Hệ số công suất : Cos
Thực hiện "auto tuning":
Autotuning: Tun = Yes
e. Chọn luật điều khiển.
Vào Menu DrC-
Chọn thông số : UfT = P
cho tải bơm/quạt.
f. Đặt các thông số cho biến tần.

- Vào sub-menu COd, chọn on, nhập mã bảo mật xxx.
2!!i)j9:)&g[9D#F#1
Tốc độ theo tần số :
60
(1 )
<
 '
.
= −
Moomen sinh ra tỷ lệ với từ thông dòng điện :
. . . os  = 
θ
= Φ
Điều khiển moment:
- Duy trì từ thông không đổi
onstant
Φ =
- Moomen tỷ lệ với dòng điện T = f(I)
• Các luật điều khiển cho biến tần
ATV31:
L: Tải CT, động cơ đặc biệt
n : Điều khiển vecto từ thông mạch vòng hở (CT)
P : Tải VT.
nLd : Tiết kiệm năng lượng (Làm việc như loại P khi không tải và loại n khi có
tải).
• Luật điều khiển V/F – duy trì từ thông không đổi:
SVTH: Lê Xuân Thường – Lớp 06D3 -Trang 18 -

UnS và FrS định nghĩa các điểm làm việc của động cơ.
UFr là điện áp đưa tới động cơ tại 0 hz (boost).

• Khả năng lập trình được, lập trình dễ dàng cũng là đặc điểm quan trọng để
xếp hạng một hệ thống điều khiển tự động .
• Yêu cầu của người lập trình không cần giỏi về kiến thức điện tử mà chỉ cần
nắm vững công nghệ sản xuất và biết chọn thiết bị thích hợp là có thể lập trình được.
• Thuộc vào hệ sản xuất linh hoạt do tính thay đổi được chương trình hoặc thay
đổi trực tiếp các thông số mà không cần thay đổi lại chương trình.
2!2!2(P#T'071
QCác thành phần của một PLC thường có các modul phần cứng sau:
1. Modul nguồn.
2. Modul đơn vị xử lý trung tâm.
3. Modul bộ nhớ chương trình và dữ liệu.
4. Modul đầu vào.
5. Modul đầu ra.
6. Modul phối ghép (để hỗ trợ cho vấn đề truyền thông nội bộ).
7. Modul chức năng (để hỗ trợ cho vấn đề truyền thông mạng).
2!2!f!8)$l#P#S#T'1
2!2!f!!.BNJ4E$)m0ncI$'4$?#I@co1
Thường trong mỗi PLC có một đơn vị xử lý trung tâm, ngoài ra còn có một số
loại lớn có tới hai đơn vị xử lý trung tâm dùng để thực hiện những chức năng điều
khiển phức tạp và quan trọng gọi là hot standby hay redundant.
a) Đơn vị xử lý "một -bit": Thích hợp cho những ứng dụng nhỏ, chỉ đơn thuần là
logic ON/OFF, thời gian xử lý dài, nhưng kết cấu đơn giản nên giá thành hạ vẫn được
thị trường chấp nhận.
b) Đơn vị xử lý "từ - ngữ":
• Xử lý nhanh các thông tin số, văn bản, phép tính, đo lường, đánh giá, kiểm tra.
• Cấu trúc phần cứng phức tạp hơn nhiều.
• Giá thành cao.
SVTH: Lê Xuân Thường – Lớp 06D3 -Trang 20 -

* Nguyên lý hoạt động:

tiếp, không bị gián đoạn, thời gian
của chu trình tương đối dài.
Các quá trình thời gian tới hạn
được địa chỉ hoá qua các lệnh gián
đoạn hoặc chuyển đổi điều khiển
khẩn cấp.
Chỉ phối được với máy tính
đơn giản.
Phối ghép với máy tính hoặc
hệ thống các máy tính.
Khả năng xử lý các tín hiệu
tương tự bị hạn chế.
Xử lý tín hiệu tương tự ở cả
đầu vào và đầu ra.
2!2!f!2!W7-: W'?0#>ZY6Za6^^Za1
SVTH: Lê Xuân Thường – Lớp 06D3 -Trang 21 -

Một nguồn điện dự phòng là cần thiết cho RAM để duy trì dữ liệu ngay cả khi
mất nguồn điện chính.
Bộ nhớ được thiết kế thành dạng modul để cho phép dễ dàng thích nghi với các
chức năng điều khiển với các kích cỡ khác nhau. Muốn rộng bộ nhớ chỉ cần cắm thẻ
nhớ vào rãnh cắm chờ sẵn trên modul CPU.
2!2!f!h!.(?r$'1
Hoạt động xử lý tín hiệu bên trong PLC: 5VDC, 15VDC (điện áp cho họ TTL
& CMOS). Trong khi đó tín hiệu điều khiển bên ngoài có thể lớn hơn. khoảng 24VDV
đến 240VDC hay 110VAC đến 220VAC với dòng lớn.
Khối giao tiếp vào ra có vai trò giao tiếp giữa mạch vi điện tử của PLC với
mạch công suất bên ngoài.Thực hiện chuyển mức điện áp tín hiệu và cách ly bằng
mạch cách ly quang (Opto-isolator) trên các khối vào ra. Cho phép tín hiệu nhỏ đi qua
và ghim các tín hiệu có mức cao xuống mức tín hiệu chuẩn. Tác dụng chống nhiễu tốt

- Bộ đếm xuống.
- Bộ đếm lên - xuống, bộ đếm này có cờ chuyên dụng chọn chiều đếm.
- Bộ đếm pha phụ thuộc vào sự lệch pha giữa hai tín hiệu xung kích.
- Bộ đếm tốc độ cao (high speed counter), xung kích có tần số cao khoảng vài
kHz đến vài chục kHz.
/DPhân loại theo kích thước của thanh ghi và chức năng của bộ đếm:
- Bộ đếm 16 bit: thường là bộ đếm chuẩn, có giá trị đếm trong khoảng -32768 ÷
32767.
- Bộ đếm 32 bit: cũng có thể là bộ đếm chuẩn nhưng thường là bộ đếm tốc độ
cao.
- Bộ đếm chốt: duy trì nội dung đếm ngay cả khi PLC bị mất điện.
2!2!f!]!W79BMn0I$o1 kí hiệu là T
Được dùng để định các sự kiện có quan tâm đến vấn đề thời gian, bộ định thì
trên PLC được gọi là bộ định thì logic. Việc tổ chức định thì thực chất là một bộ đếm
xung với chu kỳ có thể thay đổi được. Chu kỳ của xung tính bằng đơn vị 5' gọi là độ
phân giải. Tham số của bộ định thì là khoảng thời gian định thì, tham số này có thể là
biến hoặc là hằng nhập vào là số nguyên.
SVTH: Lê Xuân Thường – Lớp 06D3 -Trang 23 -

2!2!h!-)07@G0v=,'*$+,-1
*E5E' có ba nhóm
• CPU S7 200:
CPU 21x: 210; 212; 214; 215-2DP; 216.
CPU 22x: 221; 222; 224; 224XP; 226; 226XM.
• CPU S7300: 312IFM; 312C; 313; 313C; 313C-2DP+P; 313C-2DP; 314;
314IFM; 314C-2DP+P; 314C-2DP; 315; 315-2DP; 315E-2DP; 316-2DP.
• CPU S7400.
'/' Họ FX
)F52 Họ CMQ
:;2E>E Họ Compact TWD LCAA 10DRP; TWD LCAA 16DRP;