Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình cân định lượng ứng dụng PLC và biến tần

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT TRÌ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẶC SAN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ / SỐ 1 NĂM 2022 45 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH CÂN ĐỊNH LƯỢNG ỨNG DỤNG PLC VÀ BIẾN TẦN Lê Quang Tuyến*,[.]

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP VIỆT TRÌ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH CÂN ĐỊNH LƯỢNG ỨNG DỤNG PLC VÀ BIẾN TẦN Lê Quang Tuyến*, Lê Phong Nam, Bùi Thị Thanh Thủy Khoa Điện, Đại học Cơng Nghiệp Việt Trì * Email:tuyenlequangpt@gmail.com Tóm tắt: Nội dung viết trình bày kết nghiên cứu thiết kế, chế tạo mơ hình cân định lượng ứng dụng PLC biến tần Xây dựng thuật tốn khảo sát mơ hình hệ thống, chạy thử lắp đặt mơ hình Kết chạy thử mơ hình cho thấy sản phẩm đề tài có độ tin cậy cao, mơ hình hiệu cho việc nghiên cứu khoa học thực hành cho giảng viên sinh viên Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì Từ khóa: Điều khiển khiển hệ thống cân định lượng, điều khiển lập trình PLC, điều khiển tần số hệ truyền động xoay chiều ba pha RESEARCH, DESIGN PRODUCTION OF WEIGHTWEIGHT MODEL FOR PLC AND INVERTER APPLICATION Abstract: The content of the article presents the results of research, design and manufacture of a batching scale model for PLC and inverter applications The model test results show that the product of the project has high reliability, the model is very effective for scientific research and practice for staff and lecturers of Viet Tri University of Industry Keywords: Control of weighing system, PLC programming control, frequency control of three-phase AC drive GIỚI THIỆU Các hệ thống cân băng định lượng sử dụng rộng rãi dây chuyền sản xuất công nghiệp để vận chuyển nguyên liệu với lưu lượng đặt trước (tính Kg/phút Tấn/giờ) Một hệ thống cân băng định lượng gồm nhiều băng tải có dạng hình Các thành phần băng tải bao gồm: khung cân, cảm biến trọng lượng (loadcell), điều khiển tốc độ với động điện đo tốc độ băng tải [1] Hình 1: Cấu trúc cân băng định lượng Trong trình làm việc bình thường, băng tải có lưu lượng đặt trước khơng có liên quan với băng tải khác băng tải không đạt giá trị mong muốn băng tải khác hoạt động làm cho lưu lượng băng tải khơng giữ giá trị đặt trước Sự làm việc khơng hồn hảo cân băng thời gian đủ lớn dẫn đến sai lệch tỷ lệ phối liệu tạo phế phẩm Vì vậy, để đảm bảo tỷ lệ phối liệu lưu lượng thực tế băng tải vượt giới hạn cho trước điểm đặt lưu lượng băng tải lại điều chỉnh cho tất lưu lượng băng tải tỷ lệ phần trăm [1] Mơ hình động học đầy đủ đơn giản hóa cân băng trình bày tài liệu [2, 3, 4, 5] Với việc mô tả toán học cân băng giúp cho việc áp dụng ĐẶC SAN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ / SỐ NĂM 2022 45 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT TRÌ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ điều khiển tốc độ có khả giảm lượng tiêu thụ băng tải [3] trọng lượng vật liệu truyền tải đơn vị chiều dài ∂ (kg/m) THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG MƠ HÌNH CÂN ĐỊNH LƯỢNG Cân băng tải có phận đo trọng lượng để đo ∂ điều khiển để điều chỉnh tốc độ băng tải cho điểm đổ liệu, lưu lượng dòng chảy liệu giá trị đặt người vận hành đặt trước 2.1 Mơ hình băng tải Mơ hình hệ thống cân băng đơn giản hóa mơ tả hình Việc xây dựng mơ hình tốn cho băng tải thực dựa số giả thiết sau [2,8]: - Động truyền động có mơmen động học nhanh thời gian trễ nhỏ Bộ điều khiển đo tải trọng băng truyền điều chỉnh tốc độ băng đảm bảo lưu lượng không đổi điểm đổ liệu: Q=ƍ*V (1.1) - Kết nối trục động lăn kết nối cứng Trọng lượng tổng băng lực Fc(N) đo hệ thống cân trọng lượng ∂, tính theo - Băng chuyền mơ tả lị xo khơng có khối lượng  - Ma sát tập trung lăn tải trọng Ma sát xem nhiễu ngồi Trong đó: L - Chiều dài toàn băng tải Fc L g (1.2) g - Gia tốc trọng trường (g=9,8 m/s2) Lực Fm(N) trọng lượng vật liệu băng tải gây nên: Fm =Fc – F0 (1.3) Tải trọng băng truyền tính là: ƍ = S* (1.4) Trong đó: Hình 2: Sơ đồ cấu tạo cân băng định lượng Phễu cấp liệu  - Khối lượng riêng vật liệu (kg/m3) Cảm biến trọng lượng (Load Cell) S - Tiết diện cắt ngang vật liệu băng (m2) Băng truyền Do Bulơng khí đó, lưu lượng F *V F *V Q c 2 c L L* g g Tang chủ động 2.2 Cấu trúc phần cứng khớp nối Cấu trúc phần cứng toàn hệ thống cân băng định lượng mơ tả hình Hệ thống gồm có N băng tải, điều khiển điều khiển băng tải độc lập cho cân Tang bị động SenSor đo tốc độ Động không đồng Để xác định lưu lượng vật liệu chuyển tới nơi đổ liệu phải xác định đồng thời vận tốc băng tải trọng lượng vật liệu đơn vị chiều dài ∂ (kg/m) Trong tốc độ băng tải đo cảm biến tốc độ có liên hệ động học với động Tốc độ băng tải V (m/s) tốc độ vật liệu truyền tải Tải băng truyền (ƍ) tính là: (1.5) Các điều khiển cân có khả đọc tín hiệu trọng lượng từ Loadcell, sau tính tốn tốc độ cho băng tải dựa lưu lượng yêu cầu cho trước đưa tín hiệu điều khiển biến tần cho đạt sai số lưu lượng thực tế giới hạn cho phép ĐẶC SAN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ / SỐ NĂM 2022 46 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP VIỆT TRÌ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ Hình 3: Cấu trúc phần cứng hệ thống cân định lượng Bộ điều khiển cân có khả đọc tín hiệu phản hồi tốc độ từ Encoder loại cảm biến tốc độ khác Các điều khiển cân kết nối chung với hình giao diện người – máy (Human Machine Interface – HMI) hãng tiếng giới thông qua giao tiếp chuẩn công nghiệp Modbus để nhận thị, hiển thị lưu trữ thông tin vận hành cách thuận tiện mà khơng cần sử dụng máy tính Điều đảm bảo hoạt động tin cậy, ổn định liên tục tồn hệ thống Việc truyền thơng qua Modbus cho phép tồn hệ thống có khả kết nối dễ dàng tích hợp với hệ thống khác nhà máy tn theo chuẩn giao tiếp công nghiệp phổ biến Cấu trúc phần cứng điều khiển băng tải mô tả hình Bộ điều khiển sử dụng thiết bị điều khiển lập trình PLC S7 200.[6,7] Hình 4: Thuật tốn điều khiển cân định lượng KẾT QUẢ Kết nghiên cứu chế tạo mơ hình trình bày hình 5, hình 6, hình 7, Hình 5: Tổng thể hệ thống Hệ thống chế tạo hình 5, với biến tần, điều khiển cân, điều khiển lập trình PLC S7 200, hình trung tâm HMI 2.3 Thuật tốn điều khiển Sau thử nghiệm với vài thuật toán khác nhau, nhóm nghiên cứu chọn thuật tốn hình Hình 6: Mạch điều khiển ĐẶC SAN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ / SỐ NĂM 2022 47 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP VIỆT TRÌ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ Tài liệu tham khảo N.T Hưng, N.T.M Hương (2017), “Ứng dụng điều khiển giới hạn chéo hệ thống cân băng điều tốc”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Đại học Thái Nguyên Hình 7: Màn hình cài đặt vận hành Bảng 1: Giá trị cân đặt cân thực tế Mã Thời Giá trị đặt (kg) Giá trị thực (kg) gian ( phút) Băng Băng Băng Băng cân cân cân cân 30 1,5 1,2 1,5045 1,2048 60 2,4 3,009 90 4,5 3,6 4,5139 3,61116 120 4,8 6,0198 4,8158 150 7,5 7,5232 6,0183 2,4096 KẾT LUẬN Sản phẩm mà nhóm nghiên cứu chế tạo mơ hình hệ thống điều khiển nhiều cấp, đáp ứng đầy đủ yêu cầu đặt đề tài, chất lượng hệ thống tương đối xác Đây hệ thống điều khiển bổ ích cho sinh viên thực hành nhiều học phần chuyên ngành Điều khiển tự động hóa A Selezneva (2007), Modeling and synthesis of tracking control for the belt drive Msc thesis, Lappeenranta University of Technology D He (2007), Energy Saving for Belt Conveyors by Speed Control, Delft University of Technology D He, Y Pang, and G Lodewijks (2016), “Determination of acceleration for belt conveyor speed control in transient operation,” IACSIT International Journal of Engineering and Technology, vol 8, no Conveyor Belt Guide (2016) Conveyor components, [Online] Châu Chí Đức (2008), Kỹ thuật điều khiển lập trình PLC SIMATIC S7-200, Nhà xuất TPHCM Trần Thu Hà, Phạm Quang Huy (2008), Giao diện Người-Máy HMI lập trình với S7200 Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền (2007), Truyền động điện, Nhà xuất KH KT ĐẶC SAN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ / SỐ NĂM 2022 48 ... Kết nghiên cứu chế tạo mô hình trình bày hình 5, hình 6, hình 7, Hình 5: Tổng thể hệ thống Hệ thống chế tạo hình 5, với biến tần, điều khiển cân, điều khiển lập trình PLC S7 200, hình trung tâm... phổ biến Cấu trúc phần cứng điều khiển băng tải mơ tả hình Bộ điều khiển sử dụng thiết bị điều khiển lập trình PLC S7 200.[6,7] Hình 4: Thuật tốn điều khiển cân định lượng KẾT QUẢ Kết nghiên cứu. .. KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ điều khiển tốc độ có khả giảm lượng tiêu thụ băng tải [3] trọng lượng vật liệu truyền tải đơn vị chiều dài ∂ (kg/m) THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG MƠ HÌNH CÂN ĐỊNH LƯỢNG Cân băng