BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ-KỸ
THUẬT CÔNG NGHIỆP
Khoa: Điện
š&›

BÁO CÁO TỔNG KẾT KHOA HỌC :
TÊN ĐỀ TÀI: " ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG
ĐỒNG BỘ BA PHA SỬ DỤNG PLC S7-200 VÀ BIẾN TẦN
MM420".

Giảng viên hướng dẫn:
1. Thân Văn Ước

Nam Định, 2016


MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU…………………………………………………………….…...1
CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN
TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU BA PHA SỬ DỤNG PLC S7-200 VÀ
BIẾN TẦN MM420……..………..………………………………………......6
1.Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ KĐB ba pha…………..…......6
1.1. Cấu tạo…………………………………………………………………6
1.1.1 Cấu tạo phần tĩnh
1.1.2 Cấu tạo phần quay
1.1.3 Khe hở
1.2. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ kđb ba pha……………...7
1.2.1 Điều chỉnh bằng cách thay đổi số đôi cực
1.2.2 Điều chỉnh bằng cách thay đổi tần số

CHƯƠNG III : ĐIỀU KHIỂN BĂNG TẢI SỬ DỤNG PLC S7200
VÀ BIẾN TẦN MM420……………………………..27
3.1 Giới thiệu bài toán……………………………………………………...........27
Sơ đồ mô hình băng tải
Phân tích bài toán.
3.2 Lắp đặt thiết kế chương trình điều khiển……………………………...........29
Xác định tín hiệu vào/ra quy định địa chỉ
Sơ đồ đấu nối tín hiệu vào/ra PLC
Phân tích bài toán
Đấu nối rơ-le với biến tần MM420
Cài đặt thông số biến tần
Lập chương trình điều khiển.kế và mô phỏng trên phần mềm WinCC
3.3 Thiết kế và mô phỏng trên phần mềm WinCC………………………………35
3.4 Nạp trương trình vào PLC S7-200…………………………………………..36
3.5 Kết quả mô hình chạy thực nghiệm………………………………………….38
KẾT LUẬN……………………………………………………………

Page 2


DANH MỤC HÌNH VẼ.
Hình 1.1 Khối nguồn AC/DC.
Hình 1.2 Bộ điều khiển PLC S7-200 CPU224/AC/DC/RL.
Hình 1.3 Biến tần MicroMaster MM420.
Hình 1.4 Hệ truyền động ĐC-KĐB 3 pha - Băng truyền.
Hình 1.5 Các thông số DC-KĐB 3 pha.
Hình 1.6 Cảm biến quang khuếch tán.
Hình 1.7 Khối role trung gian.
Hình 1.8 Sơ đồ mô hình thực nghiệm.
Hình 2.1 Mạch điều khiển IGBT.


Bộ điều khiển khả trình S7-200

CB

Cảm biến

MM420

Biến tần MicroMaster MM420

RL

Role trung gian

Page 5


LỜI NÓI ĐẦU
Xuất phát từ nhu cầu ứng dụng động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha trong các
dây truyền sản xuất công nghiệp…Cùng với sự phát triển không ngừng của khoa
học kĩ thuật, ngày nay vấn đề sử dụng các thiết bị lập trình điều khiển máy móc, dây
chuyền sản xuất một cách hiện đại hóa toàn diện đang được phát triển và áp dụng
rộng rãi để đáp ứng được yêu cầu của nền sản xuất tự động hóa cao.
 Mục tiêu của đề tài:
Nhóm tác giả mong muốn xây dựng một mô hình trực quan giúp sinh viên có điều
kiện thực tập trên mô hình thực, tiếp cận được các thiết bị công nghiệp hiện đại:
PLC, Biến tần, WinCC… nâng cao tầm hiểu biết, cũng như tri thức về hệ thống
điều khiển trong quá trình sản xuất, các khâu hoạt động của hệ thống gồm động cơ
không đồng bộ xoay chiều 3 pha – băng tải – Biến tần - PLC S7-200 - máy tính, góp

ĐỒNG BỘ BA PHA.
1.1 CẤU TẠO
1.1.1 Cấu tạo phần tĩnh ( stator).
Gồm vỏ máy, lõi thép và dây quấn.
a) Vỏ máy:
Thường làm bằng gang. Đối với máy có công suất lớn (1000kW), thường dùng thép
tấm hàn lại thành vỏ. Vỏ máy có tác dụng cố định và không dùng để dẫn từ.
b) Lõi săt:
Được làm bằng các lá thép kỹ thuật điện dày 0.35mm đến 0.5mm ghép lại. Lõi sắt
là phần dẫn từ. Vì từ trường đi qua lõi sắt là từ trường xoay chiều, nhắm giảm tổn
hao do dòng điện xoáy gây nên, mỗi lá thép kỹ thuật điện đều có phủ sơn cách điện.
Mặt trong của lõi thép có xẻ rãnh để đặt dây quấn.
c) Dây quấn:
Dây quấn được đặt vào các rãnh của lõi sắt và được cách điện tốt với lõi sắt. Dây
quấn stator gồm có 3 cuộn dây đặt lệch nhau 120o điện.
1.1.2 Cấu tạo phần quay ( Roto).
a) Trục:
Làm bằng thép, dùng để đỡ roto.
b) Lõi sắt :
Gồm các lá thép kỹ thuật điện giống như ở phần stato. Lõi thép được ép trực tiếp
lên trục. Bên ngoài lõi sắt có xẻ rãnh để đặt dây quấn.
c) Dây quấn roto:
Gồm hai loại: Loại roto dây quấn và loại roto kiểu lồng sóc.
• Loại roto dây quấn: Dây quấn roto giống dây quấn stato và có số cực bằng
số cực stato. Các động cơ công suất trung trở lên thường dùng dây quấn kiểu
sóng hai lớp để giảm được những đầu nối dây và kết cấu dây quấn roto chặt
chẽ hơn. Các động cơ công suất nhỏ thường dùng dây quấn đồng tâm 1 lớp.
Dây quấn 3 pha của roto thường đấu hinh sao (Y). Ba đầu kia nối và 3 vòng
trượt bằng đồng đặt cố định ở đầu trục. Thông qua chổi than và còng trượt,
đưa điện trở phụ vào mạch roto nhằm cải thiện tính năng mở máy và điều

Dây quấn stato có thể nối thành bao nhiêu số đôi cực khác nhau thì tốc độ có bấy
nhiêu cấp, vì vậy thay đổi tốc độ chỉ có thể thay đổi từng cấp một không bằng
phẳng. Có nhiều cách để thay đổi số đôi cực của dây quấn stato:
Đổi cách nối dây để có số đôi cực khác nhau. Dùng trong động cơ điện hai tốc độ
theo tỷ lệ 2:1.
Trên rãnh stato đặt 2 dây quấn độc lập có số đôi cực khác nhau, thường để đạt 2 tốc
độ theo tỷ lệ 4:3 hoặc 6:5
Trên rãnh stato có đặt 2 dây quấn độc lập có số đôi cực khác nhau, mỗi dây quấn lại
có thể đổi cách nối để có số đôi cực khác nhau.

Page 8


Dây quấn rôto trong động cơ không đồng bộ rôto dây quấn có số đôi cực bằng số
đôi cực của dây quấn stato, do đó khi đấu lại dây quấn stato để có số đôi cực khác
nhau thì dây quấn rôto cũng phải đấu lại như vậy không tiện lợi.
Ngược lại, dây quấn roto lồng sóc thích ứng với bất kì só đôi cực nào của dây quấn
stato, do đó thích hợp cho động cơ điện thay đổi số đôi cực để điều chỉnh tốc độ.
Mặc dù điều chỉnh tốc độ nhảy cấp, nhưng có ưu điểm giữ nguyên độ cứng của đặc
tính cơ.
2.2. Điều chỉnh tôc độ bằng cách thay đổi tần số
Tốc độ của động cơ KĐB n = n1(1-s) = (60f/p)(1-s)
Khi hệ số trượt thay đổi ít thì tốc độ tỷ lệ thuận với tần số.
Mặt khác, từ biểu thức E1=4.44.f1.W1.Kdq.Ømax ta nhận thấy max tỷ lệ thuận với
E1/f1
Người ta mong muốn giữ cho Ømax= const
Muốn vậy phải điều chỉnh đồng thời cả E/f , có nghĩa là phải sử dụng một nguồn
điện đặc biệt , đó là các bộ biến tần công nghiệp.
Do sự phát triển mạnh mẽ của kĩ thuật vi điện tử và điện tử công suất, các bộ biến
tần ra đời đã mở ra một triển vọng lớn trong lĩnh vực điều khiển động cơ xoay chiều

Ngoài ra khối nguồn còn cho ra nguồn 24V DC cấp nguồn cho các ngõ vào /ra của
PLC , role trung gian, cảm biến.

Hình 1.1 Khối nguồn cấp nguồn cho toàn hệ thống

Page
10


3.2 Bộ điều khiển khả trình PLC S7-200.
Bộ điều khiển khả trình PLC S7-200 sử dụng loại CPU 224 AC/DC/RELAY
PLC S7-200 lưu trữ chương trình điều khiển chính được viết bằng ngôn ngữ LAD
soạn thảo trên phần mềm STEP S7 MICROWIN.

Page
11


Hình 1.2 Bộ điều khiển PLC S7-200 CPU 224 AC/DC/RELAY

3.3 Biến Tần MicroMaster 420.
Để đáp ứng đúng yêu cầu của đề tài điều chỉnh tốc độ ĐC KĐB 3 pha, mô hình
thực nghiệm có sử dụng Biến tần MM420 đã được cài đặt các thông số như :
 Cài đặt thông số của động cơ KĐB 3 pha.
 Cài đặt thông số cho chương trình ứng dụng.

Page
12



Page
15


Trong đó :
1. Khối nguồn.
2. PLC S7-200 CPU AC/DC/RELAY
3. Biến Tần MM420
4. ĐC KĐB 3 pha
5. Băng truyền
6. Cảm biến quang
7. Relay

CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN VÀ ỨNG DỤNG VỀ PLC S7-200 VÀ BIẾN TẦN
SIEMENS
2.1 Các Thành Phần Chính Của PLC S7 - 200
2.1.1 Modul CPU S7 - 200
Modul CPU S7 - 200 được kết hợp giữa một CPU (Central Processing Unit) nguồn
cung cấp với các đầu vào và các đầu ra .
CPU: thi hành các chương trình và lưu trữ hoặc xử lý dữ liệu.
Nguồn cung cấp : cung cấp nguồn cho Modul chính và các Modul mở rộng của hệ
thống.
Các đầu vào và các đầu ra :
• Các đầu vào: được nối với các thiết bị như là nút nhấn, sensor , các công tắc
hành trình...
• Các đầu ra : Để điều khiển động cơ, máy bơm, các solenoid …
Các port giao tiếp : cho phép nối CPU với các thiết bị cần điều khiển. Thông thường
PLC S7 - 200 có 2 port giao tiếp.
Đèn báo trạng thái : nhằm báo hiệu trạng thái làm việc của CPU (chạy hoặc dừng)

Các yếu tố cơ bản của LADDER :
Khi viết chương trình trong LAD, ta phải tạo ra và sắp xếp các thành phần đồ họa
để hình thành một mạch logic .
Ví dụ:

Contacts : (I 0.0, I 0.1, I 0.2) đại diện cho các tiếp điểm. Trên hình vẽ I 0.0, I 0.2
là tiếp điểm thường mở, I 0.2 là tiếp điểm thường mở, I0.1 là tiếp điểm thường
đóng.
• Coil : (Q0.0) là cuộn dây role hoặc solenoid của van.
• Boxes : (T32) hộp đại diện cho 1 chức năng như timer, counter được thi hành
khi I/O có dòng điện chạy qua hộp.
•

Page
17


Network : Các yếu tố được mô tả trên hình tạo thành một mạch hoàn chỉnh. Dòng
điện chạy từ trái qua công tắc (khi đóng lại) và qua các Coil hoặc Boxes.
Trong ví dụ trên, (Input) là các lối vào PLC, Q (Output) là các lối ra của PLC.
Cấu trúc STATEMENT LIST:
STL là một ngôn ngữ lập trình mà mọi phần tử statement trong chương trình
gồm một cấu trúc dùng mã từ gợi nhớ (memonic) để đại diện cho một chức năng
của CPU. Kết hợp cấu trúc này lại để tạo thành một chương trình điều khiển.
Theo ví dụ trên, viết theo STL như sau:
Network 1
LD
I0.0
AN
I0.1



Lệnh Output
Sao chép nội dung của bit đầu tiên trong ngăn xếp vào n bit n được chỉ định trong
lệnh. Nội dung của ngăn xếp không bị thay đổi.

2.3.2 Các Lệnh Ghi Xóa Các Giá Trị Tiếp Điểm:
Lệnh SET và RESET:
Là lệnh có điều kiện (bit đầu của ngăn xếp bằng 1) dùng để đóng và ngắt các tiếp
điểm gián đoạn đã được thiết kế.
Trong LAD, logic điều khiển dòng điện đóng ngắt các cuộn dây đầu ra. Khi dòng
điều khiển đến các cuộn dây(coil) làm đóng hoặc mở các tiếp điểm tương ứng.
Trong STL, lệnh truyền trạng thái bit đầu của ngăn xếp đến các tiếp điểm thiết kế.
Nếu bit này có giá trị bằng 1, các lệnh S (Set) và R (Reset) sẽ đóng ngắt các tiếp
điểm.

Page
19


2.3.3. Các Lệnh Điều Khiển Timer:
Timer là bộ tạo thời gian trễ giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra.
S7 - 200 cóhai loại Timer khác nhau đó là:
• Timer tạo thời gian trễ không có nhớ (On - delay Timer) ký hiệu là TON.
• Timer tạo thời gian trễ có nhớ (Retentive On-Delay Timer) ký hiệu là
TONR.
Cả timer kiểu TON và TONR cùng bắt đầu tạo thời gian trễ tín hiệu kể từ thời điểm
có sườn lên ở tín hiệu đầu vào được gọi là thời điểm được kích.
Khi đầu vào có gia trị bằng 0, timer TON tự động RESET còn được gọi là TONR
thì không tự động RESET. Timer TON được dùng để tạo thời gian trễ trong nhiều

Nguồn vào biến tần có thể là 1 pha 220, hoặc 3 pha 380V, từ đó ta có mạch chỉnh
lưu cầu 1 pha hoặc 3 pha như hình trên.
2.5 Biến tần MicroMaster 420.
Page
21


2.5.1 Giới thiệu chung.
Biến tần MM420 là biến tần phổ dụng của dũng biến tần Micromaster, dùng cho
các ứng dụng thông thường, công suất thấp đến trung bình (0,12 – 11 KW). Ứng
dụng cho hệ thống bơm, quạt, băng tải hay một định vị đơn giản kết hợp với PLC
(S7-200)…và cũng nhiều nhiệm vụ điều khiển mà biến tần MM420 có thể đảm
nhiệm.
Một số tính năng cơ bản:
- Điện áp và Công suất:

200-240 V, 1AC, 0.12-3 KW
200-240 V, 3AC , 0.12-5.5 KW
380-4800 V, 3AC , 0.37-11 KW
- Điều khiển linh hoạt có thể điều khiển bằng tay trên màn hình vận hành hoặc

điều khiển trực tiếp từ các đầu vào số và tương tự: Đầu vào, ra: 03 đầu vào số
+ 01 bổ xung, 1 kênh Analog, 01 đầu ra số.
- Chế độ điều khiển: V/F – FCC
- Điều khiển quá trình: PID
- Có giao diện truyền thông chuẩn RS485.(Mạng Profibus DP, mạng USS…)

2.5.2 Sơ đồ nguyên lý.

Page

Khởi động

Ấn phím này để khởi động biến tần. Để sử dụng được
phím này thì thông số P0700 = 1.

Dừng

Ấn phím này để dừng biến tần. Để sử dụng được phím
này thì thông số P0700 = 1.

Đảo chiều

Ấn nút này làm động cơ đảo chiều quay động cơ. Để
sử dụng được phím này thì thông số P0700 = 1.

Khi nhấn nút này động cơ khởi động và quay với tần
Chạy nhấp số chạy nhấp được cài đặt trước. Động cơ dừng khi thả
nút ấn.

Page
24