Thiết kế chế tạo tủ điện điều khiển cho trạm trộn xi măng đất

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP KHOA CƠ ĐIỆN VÀ CÔNG TRÌNH BỘ MƠN KỸ THUẬT ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HĨA - KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO TỦ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN CHO TRẠM TRỘN XI MĂNG ĐẤT NGÀNH : CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ MÃ SỐ : 7510203 Giáo viên hướng dẫn : ThS Nguyễn Thành Trung Sinh viên thực : Nguyễn Tây Hồ Mã sinh viên : 1851070495 Lớp : K63 - CNKTCĐT Khóa học : 2018 - 2022 Hà Nội, 2022 LỜI MỞ ĐẦU Thế kỉ XXI-Thời đại khoa học công nghệ, phát triển vượt bậc khoa học công nghệ Xã hội ngày phát triển nhiều lĩnh vực, đặc biệt số lĩnh vực xây dựng cầu đường Do vậy, xuất nhiều trạm trộn để phục vụ cho việc gia cố móng cho đất yếu Chính em chọn đề tài “Thiết kế, chế tạo tủ điện điều khiển cho trạm trộn xi măng đất” Mục tiêu nghiên cứu đề tài thiết kế, chế tạo 01 tủ điện điều khiển cho trạm trộn xi măng đất Đề tài tập trung vào việc thiết kế, chế tạo tủ điện điều khiển cho trạm trộn xi măng đất, để thực đề tài, em sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp chế tạo thử nghiệm, thực nghiệm Đề tài em chia làm chương sau: Chương 1: Tổng quan trạm trộn xi măng đất phần mềm thiết kế tủ điện điều khiển cho trạm trộn xi măng đất Chương 2: Thiết kế tủ điện điều khiển cho trạm trộn xi măng đất Chương 3: Chế tạo tủ điện điều khiển cho trạm trộn xi măng đất Chương 4: Lắp đặt vận hành thử nghiệm tủ điện điều khiển cho trạm trộn xi măng đất Trong thời gian làm đề tài hướng dẫn, giúp đỡ thầy, cô giáo môn Kỹ thuật điện Tự động hóa, đặc biệt hướng dẫn tận tình, chi tiết thầy Bộ mơn giúp em hồn thành khóa luận Mặc dù cố gắng kiến thức kinh nghiệm cịn hạn chế nên khóa luận em khơng thể tránh thiếu sót, em mong nhận bảo thầy cô, để em hồn thành tốt khóa luận tốt nghiệp Hà Nội,ngày 20 tháng 10 năm 2022 Sinh viên thực Nguyễn Tây Hồ NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên sinh viên: Nguyễn Tây Hồ Mã sinh viên: 1851070495 Lớp: K63CNCĐT Kết luận: Đồng ý/Khơng đồng ý cho sinh viên…………nộp báo khóa luận tốt nghiệp Hà Nội, ngày tháng……năm…2022 Giáo viên hướng dẫn NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên sinh viên: Nguyễn Tây Hồ Mã sinh viên: 1851070495 Lớp: K63-CNCĐT Hà Nội, ngày tháng……năm…2022 Giáo viên phản biện MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH ẢNH CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRẠM TRỘN XI MĂNG ĐẤT VÀ CÁC PHẦN MỀM THIẾT KẾ TỦ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN CHO TRẠM TRỘN XI MĂNG ĐẤT 1.1 Tổng quan trạm trộn xi măng đất 1.2 Trạm trộn xi măng đất 1.2.1 Định nghĩa trạm trộn xi măng đất ưu, nhược điểm 1.2.2 Cấu tạo trạm trộn xi măng đất 1.2.3 Phân loại trạm trộn xi măng đất 1.2.4 Nguyên lý hoạt động trạm trộn xi măng đất .6 1.3 Các phần mềm thiết kế, lập trình cho tủ điện trạm trộn xi măng đất 1.3.1 Phần mềm AutoCAD Electrical 1.3.2 Phần mềm GX Works2 .7 1.3.3 Phầm mềm EasyBuilder Pro .8 1.4 Tổng quan vấn đề nghiên cứu CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ TỦ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN CHO TRẠM TRỘN XI MĂNG ĐẤT 10 2.1 Các thiết bị tủ điện trạm trộn xi măng đất 10 2.1.1 PLC Mitsubishi FX3U-16MR 10 2.1.2 PLC Mitsubishi FX2N-2AD 10 2.1.3 Cảm biến tải trọng (Load cell) 11 2.1.4 Aptomat (LS MCB pha-CB1 CB2) .11 2.1.5 Bộ biến dòng (Current Transformer) .12 2.1.6 Relay trung gian chân 12 2.1.7 Bộ chống pha (CHNT XJ3-D) 13 2.1.8 Cầu chì (RT18-32X 10x38, CC1 CC2) 14 2.1.9 Khởi động từ 15 2.1.10 Cơng tắc xoay vị trí LA38 380VAC-10A 16 2.1.11 Aptomat ABN103C - pha 16 2.1.12 Relay nhiệt MT-32 LS 16 2.1.13 Bộ lọc nhiễu 17 2.1.14 Nguồn tổ ong 17 2.1.15 Đồng hồ vôn kế 18 2.1.16 Đồng hồ đo ampe kế 18 2.1.17 Màn hình HMI (HMI MT8071iE Weintek) 19 2.1.18 Đèn báo pha 20 2.1.19 Công tắc nút nhấn 20 2.1.20 Cầu đấu 20 2.1.21 Máy nén khí 21 2.2 Thiết kế sơ đồ khối tủ điện điều khiển cho trạm trộn xi măng đất 22 2.2.1 Khối nguồn 24 2.2.2 Khối đầu vào (Input) 26 2.2.3 Khối đầu (Output) 27 2.2.4 Khối điều khiển (Controler) hiển thị điều khiển 28 2.3 Thiết kế sơ đồ nguyên lý tủ điện điều khiển cho trạm trộn xi măng đất 28 2.3.1 Thiết kế sơ đồ mạch động lực 28 2.3.2 Thiết kế sơ đồ mạch điều khiển 30 2.3.3 Thiết kế sơ đồ nguyên lý 31 2.4 Thiết kế sơ đồ bố trí linh kiện cho tủ điện điều khiển trạm trộn xi măng đất 31 2.4.1 Sơ đồ bố trí linh kiện cho cánh cửa tủ điện 31 2.4.2 Sơ đồ bố trí linh kiện cho hộp tủ điện 32 2.4.3 Sơ đồ bố trí linh kiện cho tủ điện điều khiển trạm trộn xi măng đất 33 2.5 Sơ đồ dây cho tủ điện điều khiển trạm trộn xi măng đất .34 2.6 Lập trình cho PLC FX3U-16MR PLC FX2N-2AD 34 2.7 Lập trình HMI MT8071iE Weintek 35 2.7.1 Thiết kế giao diện cho HMI 35 2.7.2 Thiết kế giao diện cài đặt tham số 37 2.7.3 Thiết kế giao diện hiệu chỉnh cân 38 CHƯƠNG 3: CHẾ TẠO TỦ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN CHO TRẠM TRỘN XI MĂNG ĐẤT 41 3.1 Vỏ tủ điện điều khiển cho trạm trộn xi măng đất 41 3.2 Khối nguồn cho tủ điện điều khiển trạm trộn xi măng đất 41 3.2.1 Lắp đặt ba đèn báo pha, đồng hồ ampe kế, đồng hồ vôn kế 41 3.2.2 Lắp đặt MCCB, chống pha, cầu chì, aptomat(CB2) 42 3.2.3 Lắp đặt aptomat(CB1), lọc nhiễu biến đổi nguồn 42 3.2.4 Lắp đặt biến dòng .42 3.3 Khối Input cho tủ điện điều khiển trạm trộn xi măng đất 43 3.3.1 Lắp đặt PLC FX2N-2AD, loadcell 43 3.3.2 Lắp đặt công tắc 43 3.4 Khối Output cho tủ điện điều khiển trạm trộn xi măng đất 44 3.4.1 Lắp đặt relay khuấy, trộn, xả, nước, xi 44 3.4.2 Lắp đặt contactor để điều khiển động 44 3.4.3 Lắp đặt khối đèn báo .44 3.5 Khối controler hiển thị cho tủ điện điều khiển trạm trộn xi măng đất 45 3.6 Sắp xếp linh kiện dây cho tủ điện điều khiển trạm trộn xi măng đất 46 CHƯƠNG 4: LẮP ĐẶT VÀ VẬN HÀNH THỬ NGHIỆM TỦ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN CHO TRẠM TRỘN XI MĂNG ĐẤT 47 4.1 Lắp đặt tủ điện điều khiển cho trạm trộn xi măng đất 47 4.2 Vận hành thử nghiệm tủ điện điều khiển cho trạm trộn xi măng đất .48 KẾT LUẬN .50 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Code PLC cho tủ điện điều khiển cho trạm trộn xi măng đất Phụ lục 2: Sơ đồ nguyên lý tủ điện trạm trộn xi măng đất Phụ lục 3: Sơ đồ bố trí thiết bị tủ điện trạm trộn xi măng đất Phụ lục 4: Sơ đồ dây điện tủ điện trạm trộn xi măng đất TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Thơng số kĩ thuật hình HMI Weintek 19 Bảng 2.1.1 Bảng thống kê thiết bị tủ điện 21 Bảng 2.2 Tên nhiệm vụ giao diện HMI .36 Bảng 2.3 Tên nhiệm vụ giao diện cài đặt tham số HMI .37 Bảng 2.4 Tên nhiệm vụ giao diện hiệu chỉnh cân cho hình HMI 38 Hình 2.37 Thiết kế giao diện cài đặt tham số cho hình HMI 2.7.3 Thiết kế giao diện hiệu chỉnh cân Bảng 2.4 Tên nhiệm vụ giao diện hiệu chỉnh cân cho hình HMI Giá trị biến cài đặt STT Tên Nhiệm vụ 23 Hiệu chỉnh giá trị loadcell Hiệu chỉnh giá trị loadcell tham chiếu giá trị D0 24 Giá trị tham chiếu Đặt vật có khối lượng lên cân so sánh với giá trị lúc ban đầu D1000 25 Giá trị khối lượng Sau tham chiếu có giá trị khối D10 thực tế lượng thực tế 26 Hiệu chỉnh khối lượng nước thừa Khi sửa đóng xả nước có khối lượng nước thừa nên tính tốn để đóng lượng nước vừa đủ D1050 27 Hiệu chỉnh khối lượng xi thừa Khi sửa đóng xả xi có khối lượng xi thừa nên tính tốn để đóng lượng xi vừa đủ D1052 28 Nút ấn hiệu chỉnh Nút ấn hiệu chỉnh ấn để lưu cài M3 đặt hiệu chỉnh cân 29 Nút ấn reset Reset thông số M0 30 Cài đặt version Hiệu chỉnh version cho chương trình FK_1 31 Nút ấn trở Trở chương trình trước FK_0 38 Hình 2.38 Thiết kế giao diện hiệu chỉnh cân cho hình HMI Sau hiệu chỉnh cân xong, ta ấn nút hiệu chỉnh xuất chữ hiệu chỉnh thành công Giá trị biến cài đặt: TX_0 Hình 2.39 Thiết kế giao diện hiệu chỉnh thành cơng cho hình HMI Sau hiệu chỉnh thành công, ta đến bước cài đặt version cho chương trình HMI Giá trị biến cài đặt: TX_1 39 Hình 2.40 Thiết kế giao diện cài đặt version cho hình HMI 40 CHƯƠNG CHẾ TẠO TỦ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN CHO TRẠM TRỘN XI MĂNG ĐẤT 3.1 Vỏ tủ điện điều khiển cho trạm trộn xi măng đất * Các thông số kỹ thuật vỏ tủ điện: - Chiều dài hộp tủ điện: 70m - Chiều rộng hộp tủ điện: 50m - Chiều sâu hộp tủ điện: 25m - Chiều dài cánh cửa tủ điện: 62m - Chiều rộng cánh cửa tủ điện: 45m Hình 3.1 Vỏ tủ điện sau chế tạo 3.2 Khối nguồn cho tủ điện điều khiển trạm trộn xi măng đất Dựa theo sơ đồ khối nguồn từ mục 2.2.1 sơ đồ bố trí linh kiện từ mục 2.4 Chế tạo thiết bị khối nguồn vào tủ điện sau: 3.2.1 Lắp đặt ba đèn báo pha, đồng hồ ampe kế, đồng hồ vôn kế Để thuận tiện cho q trình quan sát giám sát tủ điện đèn báo pha đồng hồ ampe kế, đồng hồ đo vôn kế cần đặt phía cánh cửa tủ điện theo thiết kế a Hình ảnh thực tế b Hình ảnh thiết kế Hình 3.2 Lắp đặt ba đèn báo pha, đồng hồ ampe kế, đồng hồ vôn kế 41 3.2.2 Lắp đặt MCCB, chống pha, cầu chì, aptomat(CB2) Dựa theo thiết kế từ mục 2.4, tiến hành lắp đặt thiết bị sát với để đủ diện tích xếp thiết bị khác a Hình ảnh thực tế b Hình ảnh thiết kế Hình 3.3 Lắp đặt MCCB, chống pha, cầu chì, aptomat(CB2) 3.2.3 Lắp đặt aptomat(CB1), lọc nhiễu biến đổi nguồn Do CB1 dùng để đóng ngắt khởi động từ nên xếp phía Cịn biến đổi nguồn đặt phía MCCB a Hình ảnh thực tế b Hình ảnh thiết kế Hình 3.4 Lắp đặt CB1, lọc nhiễu, biến đổi nguồn 3.2.4 Lắp đặt biến dòng Do biến dòng dùng để giám sát nguồn điện cấp cho tải Bộ biến dịng đặt phía MCCB 42 a Hình ảnh thực tế b Hình ảnh thiết kế Hình 3.5 Lắp đặt biến dịng 3.3 Khối Input cho tủ điện điều khiển trạm trộn xi măng đất 3.3.1 Lắp đặt PLC FX2N-2AD, loadcell PLC PLC FX2N-2AD kết nối với PLC FX3U-16MR nên xếp bên cạnh để thuận tiện cho việc kết nối Tiếp theo để loadcell bên cạnh để kết nối dây tín hiệu với PLC FX2N-2AD a Hình ảnh thực tế b Hình ảnh thiết kế Hình 3.6 Lắp đặt PLC FX2N-2AD, loadcell 3.3.2 Lắp đặt công tắc Theo vẽ thiết kế công tắc chéo, lắp đặt để thuận tiện cho việc vận hành nên để nằm ngang Hình 3.7 Lắp đặt cơng tắc 43 3.4 Khối Output cho tủ điện điều khiển trạm trộn xi măng đất 3.4.1 Lắp đặt relay khuấy, trộn, xả, nước, xi Lựa chọn relay chân loại vừa để tiến hành lắp đặt cho tủ điện Hai relay nước xả đặt gần lọc nhiễu Ba relay khuấy, trộn, xi đặt gần chống pha để thuận cho việc dây xuống ba contactor Hình 3.8 Lắp đặt relay khuấy, trộn, xả, nước, xi 3.4.2 Lắp đặt contactor để điều khiển động Ở trạm trộn có động cơ, để điều khiển cần dùng contactor cho khuấy, trộn, xi Được lắp phía relay khuấy, trộn, xi thuận tiện việc dây xuống cầu đấu nối động Hình 3.9 Lắp đặt contactor để điều khiển động 3.4.3 Lắp đặt khối đèn báo Đèn báo đặt theo trình tự từ phải qua trái là: Đèn báo khuấy, đèn báo xả, đèn báo trộn, đèn báo nước, đèn báo xi 44 a Hình ảnh thực tế b Hình ảnh thiết kế Hình 3.10 Lắp đặt khối đèn báo 3.5 Khối controler hiển thị cho tủ điện điều khiển trạm trộn xi măng đất Khối controler gồm có PLC FX3U-16MR HMI có nhiệm vụ hiển thị a Hình ảnh thực tế b Hình ảnh thiết kế Hình 3.11 Lắp đặt khối controler hiển thị Sau dựa vào thiết kế lắp đặt phần chế tạo tủ điện điều khiển trạm trộn xi măng đất 45 a Hình ảnh thực tế b Hình ảnh thiết kế Hình 3.12 Chế tạo tủ điện dựa theo thiết kế 3.6 Sắp xếp linh kiện dây cho tủ điện điều khiển trạm trộn xi măng đất Sau tiến hành chế tạo lắp đặt thiết bị vào tủ điện, tiến hành dây cho tủ điện dựa theo thiết kế sơ đồ nguyên lý sơ đồ dây Khi tiến hành đấu nối phần dây nguồn cần chọn loại dây 4𝑚𝑚2 , dây cịn lại dây 2.5𝑚𝑚2 Riêng dây tín hiệu loadcell PLC lựa chọn loại dây 2.5𝑚𝑚2 nhỏ khác màu với loại dây cịn lại để dễ dàng nhận biết Hình 3.13 Đấu nối dây cho tủ điện 46 CHƯƠNG LẮP ĐẶT VÀ VẬN HÀNH THỬ NGHIỆM TỦ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN CHO TRẠM TRỘN XI MĂNG ĐẤT 4.1 Lắp đặt tủ điện điều khiển cho trạm trộn xi măng đất - Lựa chọn chỗ phù hợp cabin để tiến hành khoan bốn chữ L để cố định tủ điện Hình 4.1 Vận chuyển tủ điện đến cabin lắp đặt - Lắp đặt cố định tủ điện xong, cấp nguồn điện ba pha 380V để cấp cho tủ điện hoạt động, ý cấp nguồn cần tắt hệ thống tủ điện Hình 4.2 Cấp nguồn cho tủ điện - Đấu nối động khuấy, động trộn, động xi máy nén khí thơng qua cầu đấu vào tủ điện điều khiển trạm trộn 47 Hình 4.3 Đấu nối động máy nén khí vào tủ điện - Đấu nối tín hiệu loadcell van khí nước, van khí xả vào tủ điện Hình 4.4 Đấu nối van khí nước, van khí xả tín hiệu loadcell 4.2 Vận hành thử nghiệm tủ điện điều khiển cho trạm trộn xi măng đất - Nạp chương trình cho PLC HMI Cài đặt tham số cho loadcell - Cài đặt tham số cho khối lượng nước khối lượng xi để tiến hành đối chiếu với tham số cân cách đặt vật có khối lượng 60kg, tiếp ấn reset thơng số để tiến hành đo khối lượng nước xi cho lần làm việc - Sau cài đặt tham số xong, ấn nút bật nguồn bắt đầu chạy thử tay với quy trình: ấn nút ấn nước → ấn nút trộn → ấn nút xi → ấn nút xả → ấn nút khuấy Sau khuấy xong mẻ xi măng đất thương phẩm - Sau tiến hành chạy thử tay từ đến lần, quan sát trình ổn định chuyển sang vận hành chế độ tự động - Điều khiển tay xong, tiến hành tới điều khiển tự động Bằng cách ấn nút bắt đầu HMI, lưu ý chọn chế độ tự động nút ấn phải tắt 48 Hình 4.5 Vận hành thử nghiệm tủ điện điều khiển trạm trộn - Điều khiển tự động nhận thấy trình vận hành trạm trộn không xảy trục trặc thu sản phẩm mong muốn Hình 4.6 Sản phẩm thực tế thu trạm trộn hoạt động 49 KẾT LUẬN Sau thời gian tìm hiểu, nghiên cứu thực đề tài khóa luận đạt số kết sau  Những kết đạt được: - Thiết kế chế tạo thành công 01 tủ điện điều khiển cho trạm trộn xi măng đất - Thiết kế sơ đồ nguyên lý cho tủ điện điều khiển cho trạm trộn xi măng đất - Lập trình cho PLC Mitsubishi FX3U-16MR FX2N-2AD - Thiết kế giao diện cho hình HMI Weintek MT8071iE - Lắp đặt, xếp, đấu nối thiết bị vào tủ điện trạm trộn xi măng đất  Những hạn chế tồn tại: - Code PLC tủ điện trạm trộn chưa tối ưu dẫn tới PLC bị treo - Chưa tối ưu số lượng dây điện tủ điện - Thiết kế, chế tạo vỏ tủ điện gặp nhiều hạn chế  Đề xuất, kiến nghị - Do cần điều hòa nhiệt độ thích hợp tủ điện giúp tăng tuổi thọ thiết bị tủ điện không để PLC dừng hoạt động nên đề xuất, kiến nghị làm mát tủ điện khí nén tạo vịng kín khơng khí mà thay khơng khí vỏ khơng khí sạch, lọc Hệ thống làm mát tủ điện khí nén tốt cho mơi trường ngân sách Vì khí nén khơng sử dụng điện khơng có phận chuyển động nên khơng cần bảo dưỡng Nhìn chung, hệ thống làm mát khí nén giúp cơng ty tiết kiệm chi phí - Tăng công suất làm việc cho tủ điện trạm trộn xi măng đất với công suất làm việc từ 10 𝑚3 /ℎ lên 20 𝑚3 /ℎ 50 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Code PLC cho tủ điện điều khiển cho trạm trộn xi măng đất Phụ lục 2: Sơ đồ nguyên lý tủ điện trạm trộn xi măng đất Phụ lục 3: Sơ đồ bố trí thiết bị tủ điện trạm trộn xi măng đất Phụ lục 4: Sơ đồ dây điện tủ điện trạm trộn xi măng đất TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Huy Mạnh (2013), Giáo trình PLC, Nhà xuất Đại học Sư phạm thành phố Hồ Chí Minh Nguyễn Trọng Thắng – Trần Thế San (2015), Điện công nghiệp điều khiển động cơ, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Website http://unlockplc.com http://thietbitudein.com