Nghiên ứu hệ thống điều khiển máy dệt benninger

LƯU QUANG HƯNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LƯU QUANG HƯNG ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY DỆT BENNINGER LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH : ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA KHỐ: 2010 Hà Nội – 2013 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131652941000000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LƯU QUANG HƯNG NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY DỆT BENNINGER NGÀNH : ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS-TS ĐINH VĂN NHÃ Hà Nội – 2013 LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đồ án tốt nghiệp : “Nghiên cứu hệ thống điều khiển máy dệt Benninger” em thực hướng dẫn thầy giáo PGS.TS Đinh Văn Nhã với số liệu kết hoàn toàn trung thực Ngoài nguồn tài liệu tham khảo dẫn đồ án, em đảm bảo khơng chép cơng trình tài liệu thiết kế người khác Nếu phát có sai phạm với điều cam đoan trên, em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm Hà Nội, Tháng 03 năm 2013 Tác giả luận văn Lưu Quang Hưng MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ NHÀ MÁY DỆT 19/5 1.1 Giới thiệu nhà máy dệt 19/5 1.1.1.Dây chuyền sản xuất : 1.1.1.a Tầm quan trọng ngành công nghiệp dệt may Việt Nam 1.1.1.b Dây chuyền sản xuất nhà máy Dệt may 19/5 1.1.2 Tổng quan công nghệ hồ sợi vải 11 1.1.2.a Phân loại vật liệu sử dụng cho trình hồ sợi 12 1.1.2.b Quy trình nấu hồ nhà máy Dệt may 19/5 14 1.2 Nghiên cứu giai đoạn nấu hồ : 15 1.2.1 Giai đoạn nấu hồ : 15 1.2.1.a Bể nấu hồ : 18 1.2.1.b Bể năng: 18 1.2.1.c Vận hành bể nấu bể năng: 18 1.2.1.d Những ý vận hành : 19 1.2.2 Giai đoạn tháo sợi 20 1.2.2.a Nhiệm vụ 20 1.2.2.b Khu vực tháo sợi bao gồm: 22 1.2.2.c Vận hành: 22 1.2.3 Giai đoạn hồ sợi bể 23 1.2.3.a Chu trình vận hành 23 1.2.3.b Thiết bị hồ sợi bao gồm: 25 1.2.3.c Vận hành: 25 1.2.4 Hệ thống sấy 25 1.2.4.a Chu trình hoạt động : 25 1.2.4.b Thiết bị hệ thống sấy sợi bao gồm: 27 1.2.4.c Vận hành: 27 1.2.5 Giai đoạn quấn sợi 27 1.2.5.a Chu trình hoạt động: 27 1.2.5.b Thiết bị cho chu trình kéo sợi bao gồm: 28 1.2.5.c Vận hành: 29 1.3 Kết Luận : 29 CHƯƠNG GIỚI THIỆU TỔNG QUAN THIẾT BỊ CHẤP HÀNH TRONG CÔNG ĐOẠN HỒ SỢI 30 2.1 Giới thiệu động 30 2.1.1 Nhận định động : 30 2.1.2 Động sử dụng nhà máy 31 2.1.3 Cấu tạo động không đồng 31 2.1.4 Khe hở phần tĩnh phần quay 32 2.1.5 Những đại lượng ghi động không đồng 32 2.2 Nguyên lý làm việc động không đồng 32 2.3 Lựa chọn phương án biến đổi : 33 2.3.1 Biến tần trực tiếp (Cycloconverter) 33 2.3.2 Biến tần gián tiếp: 34 2.3.2.a Biến tần nguồn dòng 34 2.3.2.b Biến tần nguồn áp 35 2.3.3 Phương pháp điều khiển biến tần: 36 2.4 Biến tần Powerflex 700s mạng Device Net 36 2.4.1 Giới thiệu biến tần PowerFlex 700S 36 2.4.1.a Các đặc trưng bản: 36 2.4.1.b Các LED thị trạng thái biến tần: 37 2.4.1.c HIM: 37 2.4.2.Điều khiển biến tần PowerFlex 700S qua mạng DeviceNet 38 2.4.2.a Giới thiệu mạng DeviceNet 38 2.4.2.b Kiến trúc giao thức DeviceNet 39 2.4.2.c Cấu trúc điện 40 2.4.2.d Truy nhập bus 40 2.5 Encoder 44 2.5.1 Cấu tạo Encode 44 2.5.2 Cảm biến nhiệt độ PT 100 45 2.5.3.Cảm biến mức-bộ chuyển đổi đo áp suất PMC731 46 2.6 Van cấp nhiệt điều khiển khí nén Samsom 47 2.6.1 Cấu tạo: 47 2.6.2.Nguyên lý hoạt động: 47 2.7 Van phân phối khí nén 48 2.8 Cảm biến lực căng PD21 khuyếch đại CV2201 49 2.9 Cảm biến quang Balluff: 50 2.10 Kết luận 51 CHƯƠNG 3NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN TRÊN CONTROLLOGIX 1756 – L61 52 3.1 Hệ ControlLogix 52 3.1.1 Ưu điểm Module CPU L61 52 3.1.2 Thông số kỹ thuật: 53 3.1.3 Tính tốn sử dụng nhớ điều khiển: 54 3.1.4 Khung 54 3.1.5 Module nguồn 55 3.1.6 Module nối mạng Ethernet/IP 55 3.1.7 Module nối mạng ControlNet 56 3.1.8 Module nối mạng DeviceNet 56 3.1.9 Module vào/ra số (Digital Input/Output Module) 56 3.1.9.a Module vào số chiều có tính chẩn đốn 57 3.1.9.b Module vào số sử dụng điện áp xoay chiều 57 3.1.9.c Module số chiều có tính chẩn đoán 57 3.1.9.d Module số sử dụng điện áp xoay chiều 58 3.1.10 Module vào/ra tương tự (Analog I/O Modules) 58 3.1.11.Module vào/ra 58 3.1.12 Chassis- Khung 59 3.2 Các công cụ phần mềm phát triển 59 3.2.1 RSLinx Classic 59 3.2.2 RSLogix 5000 61 3.2.2.a Khái niệm chức năng: 61 3.2.2.b Khai báo cấu hình tạo project RSlogix5000 62 3.3 Xây dựng thuật tốn thiết kế phần mềm điều khiển cơng đoạn hồ sợi 66 3.3.1 Lý thuyết chung PID giới thiệu PIDE tool rslogix5000 Cơ sở lý thuyết PID 66 3.3.1.a Bộ điều khiển PID 66 3.3.1.b Thành phần tỉ lệ (P) 66 3.3.1.c Thành phần tích phân (I) 67 3.3.1.d Thành phần vi phân (D) 68 3.3.2 Phân tích yêu cầu thiết kế 70 3.3.3 Giới thiệu điều khiển Auto-tuning PID (PIDE) tool RSLogix5000 71 3.4 Giải toán điều khiển công đoạn hồ sợi 76 3.4.1 Chương trình 76 3.4.2 Giai đoạn nấu hồ 77 3.4.3 Giai đoạn hồ sợi 78 3.4.4 Giai đoạn sấy sợi 77 3.4.5 Giai đoạn quấn sợi 77 3.4.6 Bài toán điều khiển lực 78 3.4.7 Bài toán điều khiển đồng tốc độ động 79 3.5 Cấu hình cho hệ thống sử dụng phần mềm RSLogix5000 80 3.5.1 Cấu hình phần cứng cho hệ thống 80 3.5.2 Chương trình PLC viết phần mềm RSLogix5000 83 3.6 Kết luận 83 CHƯƠNG THIẾT KẾ GIAO DIỆN VẬN HÀNH, GIÁM SÁT CÔNG ĐOẠN HỒ SỢI TRÊN NỀN RSVIEW 32 84 4.1 Tổng quan RSView32 84 4.2 Thiết kế giao diện điều khiển, giám sát cho hệ thống hồ sợi phần mềm RSView32 84 4.2.1 Tạo project 85 4.2.2 Tạo Node để liên kết liệu tới Topic DDE/OPC (Topic cần khởi tạo phần mềm RSLinx trình bày phần trên) 85 4.2.3.Tạo biến tag mà ta cần thực điều khiển hay thu thập liệu 85 4.2.4 Tạo cửa sổ giao diện từ Graphics 86 4.3 Thiết lập ứng dụng khác cho project 89 4.3.1 Alarm logging 89 4.3.2 Data logging 90 4.4 Chạy mô hệ thống điều khiển giám sát công đoạn hồ sợi 90 4.5 Kết luận 97 KẾT LUẬN PHỤ LỤC A PHỤ LỤC B TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC HÌNH VẼ CHƯƠNG Hình 1.1 Hình ảnh trụ sở Nhà máy dệt 19/5 Hình 1.2 Các nữ cơng nhân thực trình may vải Hình 1.3 Nguyên liệu đầu vào ngành công nghiệp dệt may Hình 1.4 Sơ đồ mặt Nhà máy Dệt 19/5 Hình 1.5 Quy trình sản xuất Nhà máy Dệt 19/5 Hình 1.6 Máy đập tơi Hình 1.7 Khâu lọc tách vỏ, hạt câu Hình 1.8 Máy trà sợi Hình 1.9 So sánh chất lượng sợi Hình 1.10 Máy vắt quay sợi to Hình 1.11 Cơng nhân thực mắc sợi Hình 1.12 quấn kiểu cuộn trịn kiểu ngang Hình 1.13 Quy trình kéo sợi chuẩn bị cho trình hồ sợi Hình 1.14 Sợi vải cuộn lại sau nhuộm màu 10 Hình 1.15 Cơng nhân nữ điều khiển máy cắt tự động 10 Hình 1.16 Sơ đồ công nghệ hồ sợi thường thực 11 Hình 1.17 Sơ đồ vật liệu sử dụng trình hồ sợi 12 Hình 1.18 Chu trình ngâm hồ sợi nhà máy 14 Hình 1.19 Sơ đồ mặt cắt bể nấu hồ hình ảnh thực tế 16 Hình 1.20 Sơ đồ chu trình vận hành nấu hồ sợi 16 Hình 1.21 Mặt cắt trình nấu dung dịch hồ 17 Hình 1.22 Lị cấp nhiệt cho hệ thốn 19 Hình 1.23 Máy quay tháo sợi hồ sợi thực tế 20 Hình 1.24 Sơ đồ bố trí mặt giá treo di động 20 Hình 1.25 Chu trình tháo sợi nhà máy Dệt 19/5 21 Hình 1.26 Sơ đồ thao tác chuẩn bị tháo sợi 22 Hình 1.27 Giai đoạn tháo sợi 23 Hình 1.28 Máy ép hạng nặng 24 Hình 1.29 Mặt cắt cuộn ép 24 Hình 1.30 Giai đoạn hồ sợi bể hồ 25 Hình 1.31 Buồng sấy khơ ngồi đời chế thổi gió 26 Hình 1.32 Hệ thống sấy khơ 27 Hình 1.33 Máy quấn sợi 28 Hình 1.34 Mặt cắt máy quấn sợi 28 CHƯƠNG Hình 2.1 Sơ đồ bố trí động kéo sợi 30 Hình 2.2 Động khơng đồng rơto dây quấn 31 Hình 2.3 Nguyên lý hoạt động động không đồng 32 Hình 2.4 Sơ đồ biến tần trực tiếp 33 Hình 2.5 Sơ đồ biến đổi nguồn dịng 34 Hình 2.6 Sơ đồ biến tần nguồn áp 35 Hình 2.7 Biến tần PowerFlex 700S 36 Hình 2.8 LED trạng thái biến tần 37 Hình 2.9 Màn LCD 37 Hình 2.10 Cấu trúc menu 38 Hình 2.11 Giao thức Devicenet 39 Hình 2.12 Lớp vật lý 39 Hình 2.13 Cấu trúc điện 40 Hình 2.14 Module 20-COMM-D Adapter 41 Hình 2.15 Các thiết bị kết nối qua mạng devicenet tìm thấy 41 Hình 2.16 Chọn thiết bị muốn truyền thông 42 Hình 2.17 Cấu tạo Enconder 44 Hình 2.18 Encoder tuyệt đối tương đối 45 Hình 2.19 Xác định chiều quay 45 Hình 2.20 Sơ đồ mạch chuyển đổi đo điện trở 46 Hình 2.21 Hiệu chỉnh giá trị đo PMC731 47 Hình 2.22 Kết nối Ampe kế với PMC731 47 Hình 2.23 Van cấp nhiệt Samson 48 Hình 2.34 van 4/2 kí hiệu CPE14-MIBH-5J-1/8 49 Hình 2.25 Sơ đồ cảm biến lực khuyếch đại 49 Hình 2.26 Mặt cắt cảm biến lực căng 49 Hình 2.27 Phân loại lực căng tác dụng cuộn ép theo hướng 50 CHƯƠNG Hình 3.1 Hệ ControlLogix 1756-L61 51 Hình 3.2 Cấu trúc nhớ điều khiển ControlLogix1756 52 Hình 3.3 Khung 1756-A7 53 Hình 3.4 Module nguồn 1756-PA75/B 54 Hình 3.5 Module EtherNet 1756-ENBT 54 Hình 3.6 Module ControlNet 1756-CNBR 55 Hình 3.7 Module DeviceNet 1756-DNB 55 Hình 3.8 Cửa sổ làm việc RSWho để giám sát thiết bị online 59 Hình 3.9 Cấu hình driver 59 Hình 3.10 Tạo DDE/OPC để kết nối, điều khiển biến tag 60 Hình 3.11 Tạo project RSLogix5000 61 Hình 3.12 Khai báo cấu hình cho module I/O 62 Hình 3.13 Giao diện project RSLogix5000 63 Hình 3.14 Cửa sổ quản lý biến tag 64 Hình 3.15 Cửa sổ lập trình chương trình 64 Hình 3.16 Sơ đồ khối điều khiển PID 65 Hình 3.17 Đồ thị đáp ứng hệ thống với ba giá trị K p (Ki Kd không đổi) 66 Hình 3.18 Đồ thị đáp ứng hệ thống với ba giá trị K i (Kp Kd khơng đổi) 66 Hình 3.19 Đồ thị đáp ứng hệ thống với ba giá trị K d (Kp Ki không đổi) 67 Hình 3.20 Biểu đồ lựa chọn thành phần điều khiển PID 68 Hình 3.21 Khối chương trình PIDE 70 Hình 3.22 Tham số PID sau chạy autotune 71 Hình 3.23 Các loại đáp ứng trình 71 Hình 3.24 Kết nối điều khiển PIDE với đối tượng 73 Hình 3.25 Lưu đồ thuật tốn chương trình 75 Hình 3.26 Lưu đồ thuật tốn điều khiển giai đoạn nấu hồ 76 Hình 3.27 Lưu đồ thuật tốn khu vực bể hồ 76 Hình 3.28 Lưu đồ thuật tốn điều khiển nhiệt độ giàn sấy 77 Hình 3.29 Lưu đồ thuật toán điều khiển khu vực đầu máy 77 Hình 3.30 Cấu trúc điều khiển đối tượng lực dùng PIDE 78 Hình 3.31 Đáp ứng đối tượng lực 78 Hình 3.32 Điều khiển đồng tốc độ động 79 Hình 3.33 Lưu đồ thuật tốn điều khiển biến tần 80 CHƯƠNG Hình 4.1 Tạo project 85 Hình 4.2 Khai báo OPC server RSView 32 85 Hình 4.3 Tạo khai báo biến tag RSView 32 86 Hình 4.4 Tạo graphics 86 Hình 4.5 Kết khai báo file ảnh 87 Hình 4.6 Cửa sổ làm việc Graphics- hệ thống nấu hồ 87 Hình 4.7 Tạo thiết lập thuộc tính 87