Đề tài nghiên cứu tổng quan về công nghệ máy cán dây thiết kế chương trình điều khiển truyền động cho các động cơ thực hiện

Đề tài: “Nghiên cứu tổng quan công nghệ máy cán dây Thiết kế chương trình điều khiển truyền động cho động thực hiện.” LỜI MỞ ĐẦU Sự bùng nổ ngành cơng nghiệp khí điện tự động hóa đạt thành tựu to lớn, đem lại nhiều lợi ích cơng việc nhiều thiết bị ứng dụng nhiều ngành công nghiệp khác Mặc dù máy gia công kỹ thuật số xu hướng thị trường thiết bị đắt tiền phức tạp Do máy gia cơng kim loại máy tiện, máy mài, máy bào giường, máy rèn rập… thiết bị chủ yếu việc chế tạo khí Nên việc nghiêm cứu, tìm hiểu cải tiến vấn để quan tâm Môn học Trang Bị Điện mơn học giúp em thực cơng việc Được giao đề tài máy cán dây loại máy phổ biến công nghệ gia cơng kim loại Với u cầu là” Phân tích phương pháp điều khiển truyền động công nghệ cán dây Thiết kế điều khiển truyền động ăn dao tự động cho máy tiện F- Đ” Qua thời gian học tập nghiên cứu bảo tận tình thấy Hồng Xn Bình em hồn thành đồ án Mặc dù đồ án hoàn thành đạt kết định thời gian có hạn, kiến thức cịn hạn chế nên đồ án khơng tránh khỏi sai sót Em mong góp ý ủng hộ thầy cô bạn Em xin chân thành cảm ơn Mục lục: Nội dung Trang: Lời giới thiệu Chương 1: Tổng quan công nghệ dây 1.1 Đặc điển công nghệ cán dây 1.2 Động truyền động dây chuyền cán 1.3 Các thiết bị lường quan sát 10 Chương 2: Mơ hình hóa tốn học hệ thống 15 2.1 Các động truyền động dây chuyền cán 15 2.1.1 Động điện chiều kích từ độc lập 15 2.1.2 Điều chỉnh tốc độ động điện chiều 19 2.1.3 Hệ truyền động điện chiều sử dụng biến đổi 21 2.1.4 Mơ hình động điện chiều 22 2.2 Xây dựng mơ hình toán hệ truyền động 23 2.2.1 Vấn đề đồng tốc độ sức căng dây truyền nhiều động 23 2.2.2 Mơ hình tốn trục kéo hệ thống 24 2.2.3 Xác định tham số điều khiển theo tiêu chuẩn 26 Chương Mơ hệ thống 30 2.3.1 Mơ hình mô Matlab 30 2.3.2 Các đáp ứng hệ thống 31 Kết luận 34 Tài liệu tham khảo 35 Chương 1: Tổng quan công nghệ cán dây 1.1 Đặc điển công nghệ cán dây Dây kim loại cần kinh tế qc dân Nó phơi để sản xt cáp,bu lơng, đinh tán, lị xo v.v… dùng xây dựng Các dây kim loại khác hình dạnh kích thước tiết diện ngang Ví dụ dây kim loại tiết diện trịn có đường kính dải rộng từ 0,005 đến 25mm Mỗi máy cán dây gồm phần sau : đầu chuốt, tang kéo, động cơ, khớp đần hồi hay đai hình thang nối với hộp động hộp tốc độ, thiết bị quấn v.v…Ở nhiều máy cán,kim loại kéo qua nhiều đầu chuốt có kích thước giảm dần Máy cán dây đầu chuốt dùng kéo dây lớn Máy cán dây nhiều đầu chuốt chia thành nhóm : - Máy có thay đổi lượng dây tang kéo trung gian - Máy không thay đổi lượng dây tang kéo trung gian Nguyên lý làm việc nhóm máy giũ thể tích dây qua đầu chuốt khoảng thời gian Điều kiện bị phá vỡ đầu chuốt bị mòn nguyên nhân khác Muốn giữ điều kiện này, cần phải giảm tốc độ tang kéo trung gian tương ứng Có cách làm : a) Tự động điều chỉnh thay đổi tốc độ tang kéo trung gian khơng có trượt tang b) Thay đổi độ trượt tương đối dây tang kéo trung gian giữ tốc độ tang kéo không đổi Tốc độ dài tang kéo lớn - 4% tốc độ dây Công nghệ dây chu trình bắt đầu chỉnh máy tốc độ thấp không 0,5 – 1m/s chế độ chạy nhắp Chỉnh máy kết thúc dây quấn đủ tang kéo khỏi máy Lúc máy chuyển sang chạy tốc độ cao Việc tăng tốc từ tốc độ bò lên tốc độ làm việc hay giảm tốc độ ngược lại phải đẩm bảo phẳng để tránh đứt dâyhay không tiết diện Trong trình phải đẩm bảo điều chỉnh vơ cấp tốc độ làm việc tuỳ theo hình dáng kích thước tiết diện ngang dây Trong máy cán dây nhóm I ( có thay đổi lượng dây tang kéo trung gian), việc điều chỉnh vô cấp tốc độ tang kéo nhờ đai hình thang kết hợp với hộpp tốc độ cấp điều chỉnh tay Điều dó cho phép điều chỉnh tốc độ phảng dải rộng sử dụng truyền động xoay chiều Trong máy cán dây nhóm II ( khơng thay đổi lượng dây tang kéo trung gian), người ta dùng truyền động chiều tự động điều chỉnh tốc độ qua điều chỉnh từ thông Việc điều chỉnh quan hệ tốc độ tang kéo nhờ thay đổi mômen quay trục tang kéo tác dụng sức căng dây Các động dẫn động tang kéo mắc nối tiếp phần ứng với 1.2 Động truyền động dây truyền cán 1.2.1 Truyền động điện xoay chiều cho máy cán dây Một số máy cán dây dùng truyền động điện xoay chiều với động không đồng pha rôtor dây quấn, công suất 55kW, 380V, 1500vg/ph Máy cán công suất nhỏ dùng động xoay chiều rơtỏ lồng sóc Động nối với hộp tốc độ đai truyền hình thang Các máy cán dây to đặc biệt to thường sử dụng động không đồng tốc độ rơtỏ lồng sóc, cơng suất tới 40kW, 750,1000.1500vg/ph Yêu cầu chình cho truyền động máy cán dây đảm bảo tốc độ chỉnh định máy nhỏ ( tốc độ bò ) chuyển dộng em lên tốc độ làm việc Phần lớn máy cán dây thực điều chỉnh tốc độ điện trở phụ : cấp mạch stator động rôtor lồng sóc, tới cấp mạch rorto động dây quấn Tăng tốc độ động theo nguyên tắc thời gian Dừng nhanh nhờ hãm ngược hay hãm động nhờ biến đổi thyristo Hình 8-55 cho sơ đồ đièu khiển truyền động máy cán dây có trượt 15/200 ; 22/200 ( tử số số tang kéo, mẫu số đường kính tang kéo tính theo mm) 1CC CC 1RN 2RN BA 380 220 V 1RN 2RN 1M Ð K Re 2K 2k 3k 2K R 3K 1h t 2m HT 2Ð 1Ð 1k Re 3m Re Re 3k Re r th r th 3k 3k Hình 8-55 Sơ đồ TĐĐ máy cán dây dùng động không đồng rotor lồng sóc 2Đ động khơng đồng rơtor lồng sóc 0,6kW kéo máy bơm dầu Dộng 1Đ tang kéo công suất 17kW Bảo vệ động bàng cầu chì 1CC, 2CC rơle nhiệt 1RN, 2RN Các điện trở R mạch stator động 1Đ dùng để giảm tốc độ động chạy chỉnh máy hạn chế dòng mở máy Đầu tiên, ấn 1M để cơng tắc tơ 2K đóng mạch động bơm dầu Để chạy chỉnh máy,chuyển hộp tốc độ mức thấp ấn 2M để công tắc tơ 1K dống mạch động 1Đ qua điện trở R Sau chạy chỉnh máy, chuyển hộp tốc độ lên số cao ấn 3M Rơle trung gian Re có điện đóng mạch rơle thời gian sau thời gian trì đóng mạch cơng tắc tơ gia tốc 3K để ngắn mạch điện trở R mạch stator động 1Đ 3CC 1CC CC 1r n 2r n BA 380 220 V 1RN 2RN Ð 1M K Re 2K 2k k3 2K R 3K 1h t 2h t 2m HT 2Ð 1k Re 1Ð Re 3m k3 Re k2 k1 k3 k2 Re r th Ð r th1 r th2 r th3 k1 k2 k3 k3 Hình 8-56 Sơ đồ TĐĐ máy cán dây dùng động không đồng rotor dây quấn Dừng máy tay nhờ nút D Các cơng tắc hành trình 1HT, 2HT dừng máy dứt dây cán dây quấn đầy Hinh 8-56 biểu thị sơ đồ truyền động máy cán dây 10/250 có trượt với động rơtor dây quấn Cơng suất động 45kW Hoạt động sơ đồ tương tự sơ đồ hình 8-55 Tăng tốc động 1Đ theo nguyên tắc thời gian nhờ rơle thời gian Rth có động để đóng mạch công tắc tơ gia tốc K1, K2, K3 1.2.2 Truyền động điện chiều máy cán dây Truyền động dùng cho máy cán dây cần điều chỉnh tự động liên tục tốc độ tang kéo trung gian thời gian làm việc ma khơng có trượt dây bề mặt tang kéo Động chiều truyền động máy điều chỉnh tốc độ vùng Tốc độ bị có nhờ giảm từ thông, Hệ sử dụng truyền động máy F-Đ T-Đ Phần ứng vói động truyền động tang kéo mắc nối tiếp Hình – 57 sơ đồ truyền động máy cán dây 7/550 dùng hệ T-Đ Các cuộn dây phôi kéo tới giá khí từ đầu dây kéo qua đầu chuốt thứ tới tang kéo Tang kéo tang chứa, truyền động động theo hệ T-Đ, đảm bảo điều chỉnh tốc độ dải rộng Tang chứa có tầng, đầu chuốt động kéo có cơng suất 125kW, 440V Tầng có đường kính nhỏ, cịn tầng cấc tang kéo khác Năm tang kéo theo dẫn động động riêng phần ứng mắc nối tiếp hệ T-Đ đổi thyristor 2T cấp nguồn Các cuộn kích từ cấp điện riêng từ biến đổi thyristor TK Tại đầu tốc độ làm việc ( tốc độ chuốt) 28m/s, tốc độ bò ( tốc độ chỉnh máy ) 1m/s Dải điều chỉnh tốc độ thay đổi điện áp phần ứng 12:1, cịn lại thay đổi từ thơng 2,5 : Đẻ trì sức căng dây tang kéo, mạch phần ứng động nối tiếp ln có dịng dừng cỡ 10-20$ dịng định mức Ở chế độ chỉnh máy (chạy nhắp ) dòng phần ứng tăng từ giá trị dòng dừng đến dòng chạy nhắp cỡ 1-1,5 định mức - 380V - 380V 2kt ÐK 3T 1t ÐK 2t Ð? Ð? ÐK 1k 3K 2k 7Ft 1kt 1Ð 2kt 2Ð 2FT 3kt 4kt 3Ð 4Ð 5kt 6kt 5Ð 6Ð 6FT 7Ð C ?m bi?n xung Rulơ qu?n Phơi cán vịng móc Hình 8-57 Sơ đồ truyền động thyristor máy cán dây7/550 Trước quấn vào rulơ, dây tang vịng móc Tang vịng móc dùng để bù trừ dao động sức căng Rulô quấn đưởctuyền động hệ T-Đ Tốc độ động kiểm tra qua máy phát tốc Khi rulô quấn đầy, máy tự động dừng để cắt dây thay rulơ Hình 8-58 sơ đồ chức hệ điều chỉnh tự động máy cán dây 7/550 Máy có điều chỉnh : dòng s.đ.đ Bộ điều chỉnh dòng RI có tín hiệu tới : tín hiệu từ cảm biến dòng CBI tỉ lệ với dòng phần ứng động 2Đ-6Đ tín hiệu tín hiệu đặt điều chỉnh sc.đ.đ RE Hai tín hiệu so sánh với chọn tửI tín hiệu tới khâu xung – pha XP điều khiển biến đổi thyristor T Đầu vào RE có tín hiệu tới so sánh với : tín hiệu đặt từ đặt tốc độ D hay từ bbộ đặt tín hiệu tốc độ chỉnh , qua định gia tốc ĐG tới tín hiệu phản hồi âm s.đ.đ CBE tới Đo s.đ.đ nhờ cộng tín hiệu tỉ lệ với điện áp phần ứng qua cảm biến CBU tín hiệu tỉ lệ với dòng phần ứng qua cảm biến CBI - 380V Ð? XP 1R 3R 2R 3Ð 4Ð 5Ð ÐG CBI CBV 2Ð RE RI 2Ð Ð? N 6Ð Hình 8-58 Sơ đồ truyền động thyristor máy cán dây7/550 Hình 2.14: đặc tính động điện chiều kích từ độc lập thay đổi từ thông 2.1.3 Hệ truyền động điện chiều sử dụng biến đổi Sơ đồ khối hệ truyền động điện chiều thể hình 2.15 Hình 2.15: sơ đồ khối hệ truyền động chiều Trong đó: BBĐ: Bộ biến đổi ĐC: Động MSX: Máy sản xuất Bộ biến đổi (BBĐ) chỉnh lưu tiristor, băm xung 2.1.4 Mô hình động điện chiều Dựa vào phương trình động điện chiều kích từ độc lập mục 2.1.1 ta lập nên mơ hìn h động điện chiều hình 2.16: Hình 2.16: Mơ hình động điện chiều kích từ độc lập Sau tuyến tính hóa phương trình sức điện động phương trình mơ men, xét cho trường hợp từ thông không đổi, định mức ta lập nên mơ hình động điện chiều hình 2.17: Hình 2.17: Mơ hình động điện chiều kích từ độc lập tuyến tính hóa φ = φđm Khi bỏ qua sức điện động E ta mơ hình động điện chiều hình 2.18 Hình 2.18: Mơ hình động điện chiều bỏ qua E 2.2 Xây dựng mơ hình tốn hệ truyền động điện 2.2.1 Vấn đề đồng tốc độ sức căng dây truyền nhiều động Hệ truyền động dây truyền kéo đồng hệ truyền động nhiều động cơ, dây chuyền chạy liên tục Khi hoạt động yêu cầu đồng tốc độ, sức căng trục kéo Nếu khơng đảm bảo u cầu đồng dây đồng bị đứt Trong thực tế sử dụng khối đặt tốc độ, tốc độ khối lại lấy tỷ lệ với khối đặt tốc độ Trong truyền động nhiều trục vấn đề đồng tốc độ, sức căng trục kéo thực theo hai phương pháp: Đồng tốc độ nguồn cấp chung đồng tôc độ nguồn cấp riêng - Đồng tốc độ nguồn cấp chung: Các động cấp chung từ nguồn điện, tốc độ động điều chỉnh theo nguyên tắc điều chỉnh từ thông Khi điện áp phần ứng khơng đổi giống ta có[4]: (2 – 14) Khi có sai lệch tốc độ tác động cảm biến chiều dài đưa tín hiệu đến điều chỉnh làm thay đổi kích từ động cho: ω1 = ω2 - Đồng tốc độ nguồn cấp riêng: Mỗi động cấp riêng nguồn, ta điều chỉnh tốc độ động theo nguyên lý điều chỉnh điện áp cấp vào động Phương pháp có ưu điểm phương pháp nguồn cấp chung áp dụng nhiều thực tế 2.2.2 Mơ hình tốn trục kéo hệ thống Giả thiết hệ thống gồm trục kéo Động truyên động động điện chiều kích từ độc lập có thơng số sau: Công suất định mức: Pdm = 75kw Điện áp định mức: Udm = 440v Tốc độ định mức: ndm = 1000v/phút Dòng điện định mức: Idm= 204 (A) Hiệu suất định mức: ηdm = 0,833 Điện cảm phần ứng: Lư = 0,00432 (H) Mơ men qn tính: J = 4,56 (kg.m2) Tính tốn thơng số cịn lại cần thiết cho mô động Điện trở phần ứng: Ru = 0,5 (1-ηdm) = 0,5 (1-0,833) = 0,18 (Ω) Từ suy số thời gian phần ứng: Tu = = 0,00432/0,18=0,024 (s) Tốc độ góc định mức: ωdm= = 104,7(rad/s) Hệ số kφ (được suy từ phương trình đặc tính cơ): Kφdm = Chọn mức điện áp quy chuẩn cho tín hiệu sau khâu mạch điều khiển 10(v)  Bộ chỉnh lưu: Ta chọn loại cầu ba pha, hệ số khuếch đại mạch chỉnh lưu: KCL = Udm/10=440/10=44 Hằng số thời gian mạch chỉnh lưu: τCL= với m=6 ta có: τCL = = 0,00167 Vậy hàm truyền biến đổi gần khâu quán tính bậc nhất: WBBD(p) = (2 – 15)  Khâu đo dòng điện: Hệ số phản hồi dòng điện: chọn Uid = 10 Kfhi = = 0,0195 Hằng số thời gian khâu phản hồi dòng điện chọn τfhi = 1ms = 0,001s Vậy hàm chuyền khâu phản hồi là: Wfhi(p) = (2 – 16)  Khâu đo tốc độ: Wfh𝜔(p) = (2 – 17)  Khâu đo độ dài: Wfh𝜑(p) = (2 – 18)  Mạch phần ứng: Hàm chuyền mạch phần ứng: (2 – 19) 2.2.3 Xác định tham số điều khiển theo tiêu chuẩn Khi tổng hợp điều khiển, động thứ có tác dụng làm động chủ(Master) đặt tốc độ cho động lại, nên xây dựng điều khiển mạch vòng mạch vòng tốc độ mạch vòng dòng điện, cịn động phía sau phải đồng tốc độ sức căng(độ dài) với động phía trước nên có mạch vịng tốc độ, dịng điện vị trí Việc thực đặt tốc độ cho động động phía trước thực hiện, động đặt tốc độ từ máy tính, điều khiển ngồi,… a Tổng hợp mạch vịng dịng điện Mơ hình mạch vịng dịng điện, hình 2.19a, rút gọn hình 2.19b Hình 2.19a: Mơ hình mạch vịng dịng điện Hình 2.19b: rút gọn mơ hình Thực tổng hợp mạch vịng dòng điện theo tiêu chuẩn tối ưu modul: Hàm chuẩn theo tiêu chuẩn tối ưu modul [4]: τ số thời gian nhỏ (2 – 20) = Tsi = Ti + Tcl tổng số thời gian nhỏ Ta có hàm truyền kín hệ là: (2 – 21)  Bộ điều khiển: (2 – 22) Hàm kín hệ tính lại theo cơng thức sau: (2 – 23) b Tổng hợp mạch vòng tốc độ Đối với mạch vòng tốc độ ta sử dụng tiêu chuẩn tối ưu modul, tương tự với mạch vịng dịng điện với mơ hình thể hình 2.20 a) mơ hình mạch vịng tốc độ b) mơ hình mạch vịng tốc độ rút gọn hình 2.20: Với hàm chuẩn cơng thức (2 – 20), ta tính điều chỉnh sau: (2 – 24) Hàm kín: (2 – 25) c Tổng hợp mạch vịng vị trí Thực tổng hợp mạch vịng vị trí theo chuẩn tối ưu đối xứng Hàm chuẩn : (2 – 26) τ số thời gian nhỏ a) mơ hình mạch vịng tốc độ b) mơ hình mạch vịng tốc độ rút gọn hình 2.21: = Tsw = 2Tsi + Tw tổng số thời gian nhỏ Ta có hàm truyền kín hệ là: (2 – 27) Bộ điều khiển: (2 – 28) d Xây dựng điều chỉnh bù Bộ điều chỉnh bù thực chất điều khiển sai lệch, bù hỗn hợp, vừa có điều khiển vừa có khâu bù Hàm truyền điều chỉnh bù tính sau[Tr182;7]: Chương 3: Mô đánh giá kết 2.3.1 Mơ hình mơ Matlab Hệ truyền động cán dây xây dựng hình 2.22 hệ thống gồm động cơ, thực đồng tốc độ sức căng Hình 2.22 Hình 2.23 Hình 2.23 Thể mơ hình động thứ nhất, có tác dụng nhận tốc độ đặt từ máy tính hay thiết bị PLC,… đặt tốc độ cho động phía sau, động cịn lại phải thực đồng tốc độ với Hình 2.24 Hình 2.24 Thể mơ hình động phía sau, cụ thể động Các động cịn lại có mơ hình tương tự.2.3.2 Các đáp ứng hệ thống Nhận xét: Với tốc độ đặt đường có độ dốc, tức gia tốc chậm đáp ứng tốc độ tốt, bám theo tốc độ đặt, sai lệch không lớn Càng động cuối sai lêch tốc độ lớn Tốc độ đặt hệ thống Tốc độ đầu động Mô men đầu động Sai lệch tốc độ đặt động cuối Hình 2.25: Tín hiệu vào đáp ứng đầu hệ thống Kết luận chung: Qua trình thực thiết kế giúp sinh viên bổ sung kiến thức thiếu tạo nhiều kính nghiệm phục vụ cho q trình làm đồ án tốt nghiệp sau Bài thiết kế giải tốt vấn đề đồng tốc độ hệ truyền động nhiều trục động Tuy nhiên thiết kế điều chỉnh tốc độ vùng tốc độ định mức( điều chỉnh điện áp phần ứng) Bài thiết kế chưa giải triệt để vấn đề đồng mô men, chưa điều khiển tốc độ động vùng định mức Sinh viên mong nhận góp ý thầy giáo bạn sinh viên đề thiết kế hoàn hảo Tài liệu tham khảo [1] Máy điện [2] Vũ quang Hồi – Nguyễn văn Chất – Nguyễn thị liên Anh – Trang bị điện – điện tử máy công nghiệp dùng chung – Nhà xuất giáo dục [3] Kỹ thuật đo lường [4] Bùi quốc Khánh - Nguyễn văn Liễn - Phạm quốc Hải - Dương văn Nghi – Điều chỉnh tự động truyền động điện – Nhà xuất khoa học kỹ thuật – 2006 [5] Nguyễn phùng Quang – Matlab & Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động – nhà xuất khoa học kỹ thuật – 2006 [6] Điện tử công suất [7] Phạm công Ngô – Lý thuyết điều khiển tự động – Nhà xuất khoa học kỹ thuật – 2006 [8] Đồ án… [9] Hanaka