Báo cáo nghiên cứu xây dựng hệ thống máy cuốn giấy

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BÁO CÁO NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG MÁY CUỐN GIẤY Giảng viên hướng dẫn : TS.Nguyễn Trung Dũng Nhóm thực : Nhóm Lớp : Tự Động Hóa – K59 Hà Nội – 2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BÁO CÁO NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG MÁY CUỐN GIẤY Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Long Nguyễn Duy Nội Vũ Văn Duy Chu Minh Sinh Trần Quốc Bảo Trần Minh Quyền Lê Anh Đức Đỗ Đức Lâm Ninh Quốc Quân Phạm Quang Việt Nguyễn Minh Tú Trần Anh Tú Vũ Minh Hiếu Lớp: Tự động hóa K59 Hà Nội 2022 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ, XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG 1.1 Tổng quát tốn  Quy trình sản xuất giấy : - Nguyên liệu để sản xuất giấy thường gỗ tre , nửa Trước đưa vào máy chặt , nguyên liệu rửa bóc vỏ Qua máy chặt , ngun liệu có kích thước phù hợp đưa qua sân chứa mảnh , sau đưa lên băng chuyền phân phối vào nồi nấu theo tỷ lệ xác định trước Nguồn nguyên liệu khác giấy loại thu gom để tái chế - Cơng đoạn nấu có chức chuyển dăm mảnh thành dung dịch bột Trước nấu người ta dung bão hịa sấy khơ đến nhiệt độ định Tiếp dùng hóa chất trộn với nguyên liệu Quá trình nấu bắt đầu phản ứng nguyên liệu với hóa chất Dung dịch bột tiếp tục bơm sang bể phóng , nơi tập trung trước chuyển sang công đoạn rửa sàng - Công đoạn rửa , sàng có chức loại bỏ tạp chất lẫn dung dịch nấu Để thực chức , người ta sử dụng máy đánh tới sàng áp lực để loại mẫu mắt bột sống Tiếp , dung dịch đưa qua máy lọc chân không để rửa - Tẩy trắng công đoạn quan trọng định chất lượng giấy Nhiệm vụ tạo sản phẩm bột giấy có chất lượng đảm bảo yếu cầu Ở cơng đoạn người ta dung hóa chất để tây bột giấy chủ yếu clo - Cơng đoạn xeo giấy có nhiệm vụ chuyển bột giấy thành tờ giấy theo yêu cầu chất lượng + Giai đoạn , bột nghiền nhỏ nhằm tăng khả liên kết thở sợi Đôi ta + Giai đoạn , bột trộn với phụ gia khác : nhựa thông phèn , cao lanh , Sau bơm vào hòm phun Bột phun lên lưới để hình thành lúc tờ giấy ướt có độ khơ 18 20 % Tiếp theo , tờ giấy chuyển sang lô ép để nâng cao độ khô tờ giấy lên khoảng 38-40 % Sau lỗ ép lỗ sấy , giấy sấy có độ khô lên tới 92-94 % + Nhằm nâng cao chất lượng bề mặt , tờ giấy đưa sang lô ép phẩm keo ép quang Cuối giấy quấn vào lỗ thành + Giai đoạn cuối quần thu hồi giấy Giấy quấn vào lỗi kim loại tới đạt kích thước định đưa tới nơi cắt sản xuất sản phẩm tiêu dùng Trong giai đoạn thường có nhiều vấn đề xảy giấy bị nhân gấp chồng nên bị đứt , rách , nguyên nhân chủ yếu tốc độ lô quần tốc độ giấy khơng đồng với Vì tốn nhóm chúng em muốn thực phương pháp dùng PLC để điều chỉnh tốc độ động ổn định tốc độ PID Để từ giai đoạn quấn thu hồi giấy khơng xảy cố 1.2 Giới thiệu cơng nghệ/ tốn: Yêu cầu: Xây dựng hệ thống TĐĐ tự động cho trục giấy với thông số sau: o Tốc độ giấy (tối đa) v = 120 (m/ph) o Lực căng giấy 300 (N) o Đường kính lớn lơ giấy đạt kích thước Dmax=1500 (mm) o Đường kính lơ D1, D2 là: D1=D2=200 (mm) o Đường kính lõi giấy: Do=400 (mm) o Khoảng cách D1 D2 H=400 (mm) o Khối lượng riêng lõi thép quấn: 7800 (kg/m³) Thiết kế hệ thống truyền động điện cho công đoạn quấn thu hồi giấy với số liệu : Nguồn điện xoay chiều pha 220/380 V Tải hệ thống truyền động điện cho hình 1.3 Phân tích u cầu cơng nghệ: a) Phân tích u cầu cơng nghệ: -Trong tốn điều khiển ổn định tốc độ phần vơ quan trọng khó khăn tốc độ khơng ổn định băng giấy bị đứt Để đáp ứng nhu cầu ta sử dụng biến tần để ổn định tốc độ dùng PLC để kiểm soát tham gia điều khiển tính tốn trường hợp đường kính cuộn giấy (Do) tăng hay giảm để truyền tham số phù hợp đến biến tần -Hệ thống hoạt động ổn định, bám sát với đồ thị tốc độ mong muốn tốt -Sai số nằm khoảng cho phép -Tiết kiệm lượng tiêu thụ Như vậy, để đáp ứng nhu cầu tốn cơng nghệ đặt phương pháp điều khiển bám cho hệ PLC – Biến tần – Động phù hợp 1.4 Chọn Phương án truyền động Chọn phương án truyền động dựa yêu cầu cơng nghệ kết tính chọn cơng suất động cơ, từ tìm loạt hệ truyền động thỏa mãn yêu cầu đặt Bằng việc phân tích, so sánh tiêu kinh tế, kỹ thuật hệ truyền động kết hợp tính khả thi cụ thể mà ta lựa chọn vài phương án phương án để thiết kế Lựa chọn phương án truyền động tức phải xác định loại động truyền động chiều hay xoay chiều, phương pháp điều chỉnh tốc độ phù hợp với đặc tính tải, sơ đồ nối biến đổi đảm bảo yêu cầu truyền động Hiểu nắm vững khái niệm điều chỉnh tự động động không đồng ba pha, phương pháp điều chỉnh tốc độ động Các phương pháp điều chỉnh tự động truyền động động không đồng pha: 1.4.1 Phương pháp điều chỉnh tần số điện áp khơng đổi Nếu giả thiết điện áp dịng điện đầu biến tần hình sin,có biên độ tần số điều khiển nhìn vào sơ đồ thay thế,các biểu thức tính dịng điện mơmen thấy điều chỉnh tần số trở kháng động thay đổi dẫn đến dịng điện,từ thơng, mơmen thay đổi,do điều chỉnh tần số thiết phải điều chỉnh điện áp động để đảm bảo động khơng bị q dịng khả sinh mơ men theo u cầu đặc tính tải Đặc tính có điều chỉnh tần số theo luận giữ khả tải không đổi Cấu trúc phương pháp điều khiển U/f Nhận xét: phương pháp phù hợp với ứng dụng đơn giản khơng địi hỏi chất lượng truyền động cao, phạm vi điều chỉnh hẹp 10:1 1.4.2 Phương pháp điều chỉnh trực tiếp mômen để điều khiển tốc độ động không đồng Phương pháp điều chỉnh trực tiếp momen dựa ảnh hưởng trực tiếp điện áp đầu vào lên từ thông stator để điều khiển góc lệch vector từ thơng Stator vector từ thơng Rotor, qua điều khiển trực tiếp momen động Phương pháp điều chỉnh trực tiếp momen có cấu trúc đơn giản, dễ thực hiện, cho đáp ứng momen nhanh, nhiên độ đập mạch momen lại cao Đã có nhiều phương án để giảm đọ đập mạch momen phương án tạo hình cho nam châm vĩnh cửu, uốn nam châm lượn chéo theo trục Rotor hay thiết kế thích hợp cho dây quấn Stator Những phương án liên quan đến việc thay đổi cấu tạo động nên áp dụng rộng rãi Sơ đồ cấu trúc điều chỉnh trực tiếp mômen Đây sơ đồ đơn giản điều khiển trực tiếp mômen Sơ đồ bao gồm phận chính: + Bộ điều chỉnh từ thông stator động + Bộ điều chỉnh trực tiếp mômen động + Bảng chọn vector điện áp + Bộ điều chỉnh tốc độ động + Bộ ước lượng từ thông stator hệ tọa độ  + Bộ ước lượng mômen hệ tọa độ  1.4.3 Phương pháp điều chỉnh tựa từ thông rotor để điều khiển tốc độ động không đồng Phương pháp điều chỉnh tựa từ thông rotor dựa việc chia tách dòng điện Stator làm hai thành phần, thành phần tạo từ thông Rotor thành phần tạo momen quay Sự phân chia nhằm mục đích điều khiển riêng rẽ từ thơng momen động qua làm cho động xoay chiều ba pha đạt đặc tính điều khiển/điều chỉnh tốt gần động chiều Bằng phương pháp này, ta nhận mối liên hệ từ thông mômen quay động không đồng sau: Mục đích phương pháp điều chỉnh tựa theo từ thơng rơto thơng qua việc chuyển trục toạ độ cố định β -> trục toạ độ stato -> trục toạ độ rôto nhằm tách biệt dòng điện điều chỉnh stato độc lập với dòng điều chỉnh từ thơng Dịng điện stato qua trục stato phân tích thành hai thành phần isd isq, thơng qua khâu điều chỉnh dịng hai thành phần điều chỉnh độc lập với (không tồn trễ) nên lúc điều chỉnh động không đồng ba pha giống điều chỉnh động chiều Ở đây, dòng điện isq giống dòng điện phần ứng (iư) động chiều Mômen động chiều tỷ lệ với thành phần dịng điện stato isq từ thơng  r phụ thuộc vào dòng điện isd Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động KĐB điều chỉnh tựa từ thơng rơto Trong đó: -ω*s ,|ψs*|,M* tốc độ đặt, từ thông đặt mômen đặt -Khối 1: Là khâu thực điều chỉnh dịng từ thơng -Khối 2: Khâu thực hiệu chỉnh dịng từ thơng độc lập theo PID -Khối 3: Mạng tính điện áp (thực tính điện áp usd usq từ đại lượng đầu khối 1) -Khối 4: Thực hiệu chỉnh điện áp chuyển từ trục toạ độ dq sang αβ -khi biết trước góc ϧs -Khối 5: Thực điều chế vectơ không gian điện áp đặt lên cực động tạo biên độ pha, tần số cho khâu điều chỉnh dịng Ngồi khâu cịn thực tính tốn thời gian đóng cắt thiết bị điện tử cơng suất đưa tín hiệu xung điều khiển biến tần -Khối 6: Thực chuyển đổi dòng điện ba pha sang dòng điện hai pha -Khối 7: Thực chuyển ngược lại từ trục αβ -sang trục dq -Khối 8: Mơ hình tốn từ thơng (MHTT) có chức tính tốn giá trị thực từ thơng góc ϧs Ta coi động không đồng đối tượng điều chỉnh đa thơng số Mạch vịng điều khiển gồm có khâu điều chỉnh dòng (khối 2), chuyển tọa độ điện áp (khối 4), điều chỉnh vectơ không gian (khối 5) hồn tồn tương tự Mạch vịng ngồi gồm khâu điều chỉnh vị trí điều chỉnh tốc độ Từ ưu điểm trên, Phương pháp điều chỉnh tựa từ thông rotor phương pháp tối ưu vấn đề điều khiển động không đồng ba pha Trên sở đó, tham số điều khiển: dịng điện, điện áp, từ thông mạch stato, mômen, tốc độ… động biến đổi qua trục toạ độ từ thông rôto cho phép điều khiển từ thông momen hồn tồn độc lập với thơng qua điều khiển giá trị tức thời dòng (động tiếp dòng) giá trị tức thời điện áp (động tiếp áp) Phương pháp điều khiển vector cho phép tạo phản ứng nhanh, xác từ thơng momen q trình q độ trình xác lập máy điện xoay chiều giống máy điện chiều Đây chất hệ thống truyền động PLC – Biến tần – Động Đó vịng điều khiển kín, điều khiển bám theo tốc độ, vị trí góc 1.5 Hệ thống truyền động PLC – Biến tần – Động Trước hết cần hiểu khái niệm hệ thống điều khiển bám – hệ thống tự động điều chỉnh dùng để lặp lại giá trị thay đổi theo quy luật Đặc điểm hệ tín hiệu điều khiển (hay cịn gọi tín hiệu vào) ngẫu nhiên thay đổi theo thời gian, tín hiệu thay đổi theo quy luật tín hiệu vào với độ xác định Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ, hệ PLC – biến tần – động điều chỉnh tốc độ động cách thay đổi tần số Cấu trúc hệ truyền động điều khiển tựa theo từ thông roto Sơ đồ cấu trúc hệ bám động không đồng + Tại tab PID parameters chọn điều chỉnh PI + Sau quay lại Cyclic interupt (OB30) để tiếp tục lập trình Các network hình bên Thiết lập hình để hiển thị  Cấu hình hình - Mã hình KTP700 Basic DP với mã 6AV2124-0GC01-0AX0  Màn hình hiển thị - Thêm hình - Chọn CPU 1212C để liên kết - Các thơng số cịn lại để ngun chọn Finish Giao diện sau tạo - Thành phần sử dụng hình: + Button chạy dừng + Circle để hiển thị động + Các I/O field để nhập thông số SetPoint, Kp, Ti, Td hiển thị thông số phản hồi Encoder CHƯƠNG : LỰA CHỌN VÀ CẤU HÌNH BIẾN TẦN  Lựa chọn biến tần:  Sử dụng biến tần Siemens MICROMASTER 440  Thông số kỹ thuật:  MICROMASTER 440 WITHOUT FILTERı  3AC 380-480 V +10/-10% 47-63 HZı  CONSTANT TORQUE POWER 37 KWı  OVERLOAD 150% 60 S, 200% Sı  SQUARED TORQUE POWER 45 KWı  650 X 275 X 245 (H X W X D)ı  PROTECTION IP20ı  AMBIENT TEMP -10 TO +50 DEG Cı  WITHOUT AOP/BOP  Sơ đồ khối biến tần:  Cấu hình biến tần  Nhập P0700 nguồn lệnh, nhập P0700=2 để chọn đầu vào số  Nhập P1000 nguồn điểm đặt tần số, nhập P1000=2 để chọn đầu vào tương tự  Cấu hình chân số(digital):  Đầu vào số (DIN)PNP/NPN, nhập P0725=0 để chọn đầu vào dạng NPN, chân đầu vào mắc chung dương, điều khiển tín hiệu âm  Đặt P0705=1 chân điều khiển on/off1(DI5), P0706=4 chân dừng khẩn cấp(OFF3-giảm tốc nhanh)(DI6)  Đầu số(DOUT)  Nhập P0731=52.2, báo trạng thai hoạt động biến tần(DO1)  Nhập P0732=52.D,báo tinh trạng tải động cơ(D02)  Cấu hình chân tương tự(analog):  Nhập P0757=0(V)  Nhập P0758=0(%)  Nhập P0759=10(V);  Nhập P0760=100(%)  Cấu hình tham số động  P0003=3: mức truy nhập người dùng(mức chuyên gia)  P0004=0: lọc thông số(tất thông số)  P0010=1: cài đặt thông số  P0100=2: lựa chọn tiêu chuẩn  P0205=0: ứng dụng biến tần với momen không đổi  P0300=1: động không đồng   P304: Điện áp định mức động  P305: Dòng điện định mức động  P307: Công suất định mức động           P308: Hệ số công suất động P309: Hiệu suất động P310: Tần số P311: Tốc độ định mức động P640: Hệ số tải cho phép P1080: Tần số P1082: Tần số max P1120: Thời gian tăng tốc P1121: Thời gian giảm tốc P1300: Đường đặc tính V/f  Nhận dạng động CHƯƠNG : MÔ PHỎNG BẢN VẼ KĨ THUẬT 6.1 Tính tốn lựa chọn thiết bị đóng cắt bảo vệ: *) Tính tốn chọn aptomat khối (MCCB): Theo tính tốn động ta có: - Cơng suất động cơ: 7.5kW = 7500W Điện áp sử dụng: pha – 380V Với thơng số ta tính dòng điện thực tế CB là: I tt = P 7500 = =14.24 ( A) √3 × U × cosφ √ ×380 ×0.8 Dịng điện thiết kế CB là: I tk =2× I tt =2× 14.24=28.48( A ) Chọn MCCB/MCB 3P,4P/40A, cụ thể là: ABN103c 40A - Aptomat LS MCCB 3P 40A 22kA (giá 1.020.000đ) *) Thông số kĩ thuật: ABN103c 40A - Aptomat LS MCCB 3P 40A 22kA    Mã sản phẩm:  ABN103c 40A  Dòng sản phẩm:  MCCB ABN  Số cực:  3 Pha  Frame size:  100AF  Dịng định mức:  40A  Dịng cắt ngắn mạch:  22kA  Kích thước: Điện áp làm việc định mức Tần số định mức  Chức năng:  75x130x56mm 380V/440V 50Hz/60Hz  Dùng để kiểm soát  Bảo vệ tải ngắn mạch  Dùng mạng lưới điện dân dụng công nghiệp  IEC 60947-2  Ứng dụng:  Tiêu chuẩn:  Điện áp thử nghiệm  8kV xung (Uimp):  Xuất xứ:  LS Hàn Quốc 6.2 Tính tốn lựa chọn dây dẫn: *) Dây dẫn cho phần động lực: +) Ta có cơng thức tính tiết diện dây dẫn: s= I J Trong đó:  I: dịng điện chạy qua mặt cắt (A) I= P 7500 = =14.24( A) √3 × Ud× cosφ √ ×380 ×0.8  J: mật độ dòng điện cho phép (A/mm2) Đối với dây có lõi Cu J = (4÷6), tải hoạt động liên tục nên chọn J = => Thay vào cơng thức trên, ta tính được: S= 14.24 ≈ 3.56(mm ) Do thị trường khơng có loại dây có tiết diện 3.56mm2 nên ta chọn loại có tiết diện mm2 Cụ thể ta chọn: Dây Cáp Điện CADIVI CV 4mm2 (giá 10.600đ/m) +) Thông số kĩ thuật: - Dây cáp CADIVI CV-4 có thiết diện 4mm2, kết cấu 1/2,24 No/mm, đường kính ruột dẫn 2,24mm, chiều dày cách điện 0,8mm, trọng lượng dây 47,30 kg/km, điện trở DC 20 độ C 4,61Ω/km - Dây bao gồm hai lớp, ruột dẫn làm đồng dẫn điện, vỏ bên làm nhựa cao cấp PVC cách điện - Sản phẩm có nhiệt độ làm việc tối đa cho phép 160 độ C có tượng đoản mạch giây, nhiệt độ truyền dẫn thông thường 70 độ C - Sản phẩm sản xuất đạt tiêu chuẩn quốc tế chất lượng IEC, AS, BS, DIN, IJS, tiêu chuẩn nước TCVN *) Dây dẫn cho phần điều khiển: Chọn loại dây cáp điện đơn mềm Cadivi 1.5mm2 (4.300đ/m) +) Thông số kỹ thuật: - Loại dây: dây đơn mềm Tiết diện định danh: 1.5mm2 Kết cấu: 30/0.25 N0 /mm Điện trở DC tối đa 20 độ C: 13.3 Ω/km Chiều dày cách điện định danh: 0.7mm Đường kính tổng gần đúng: 3.0mm Khối lượng gần đúng: 21 kg/km Điện áp danh định: 450/750V Tiêu chuẩn áp dụng: TCVN 6610-3 /IEC 60227-3 Nhiệt độ làm việc dài hạn cho phép ruột dẫn 70 độ C Nhiệt độ cực đại cho phép ruột dẫn ngắn mạch thời gian không giây là: 140 độ C, với tiết diện lớn 300mm2 60 độ C, với tiết diện nhỏ 300mm2 6.3 Sơ đồ đấu nối Sơ đồ mạch nguồn điều khiển Sơ đồ đấu nối PLC, HMI Encoder Sơ đồ đấu nối Biến tần động ...TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BÁO CÁO NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG MÁY CUỐN GIẤY Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Long Nguyễn Duy Nội Vũ Văn Duy Chu Minh... quấn thu hồi giấy khơng xảy cố 1.2 Giới thiệu công nghệ/ toán: Yêu cầu: Xây dựng hệ thống TĐĐ tự động cho trục giấy với thông số sau: o Tốc độ giấy (tối đa) v = 120 (m/ph) o Lực căng giấy 300 (N)... NGHỆ, XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG 1.1 Tổng quát tốn  Quy trình sản xuất giấy : - Nguyên liệu để sản xuất giấy thường gỗ tre , nửa Trước đưa vào máy chặt , nguyên liệu rửa bóc vỏ Qua máy