đồ án môn học điều khiển hệ thống điện công nghiệp đề tài thiết kế hệ thống băng tải

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCMKHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

CỘNG HÒA XÃHỘI CHỦNGHĨA VIỆTNAM

ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

o0o TP.Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2023PHIẾU ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊNHỌ VÀ TÊN SINH VIÊN THỰC HIỆN: Đặng Đức Quý 20142399 Uông Hoàng Thái 20142408LỚP: PISC414545_23_1_27CLCCHUYÊN NGHÀNH: CNKT ĐIỆN – ĐIỆN TỬNỘI DUNG: ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN CÔNG NGHIỆPGV HƯỚNG DẪN VÀ ĐÁNH GIÁ: PGS.TS Trương Việt AnhNỘI DUNG ĐÁNH GIÁ1 Nội dung & khối lượng bài báo cáo:………

………

TP Hồ Chí Minh, ngày……tháng 12 năm 2023

GIẢNG VIÊN ĐÁNH GIÁ

PGS.TS Trương Việt Anh

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG BĂNG TẢI 2

1.1 Băng tải công nghiệp 2

1.2 Cấu tạo 2

1.3 Phân loại 3

1.4 Ứng dụng 8

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG BĂNG TẢI 9

2.1 Mô hình băng tải thiết kế 9

2.2 Tính toán công suất tải trên trục động cơ 10

2.2.1 Tính toán các hệ số trong hệ thống 10

2.2.2 Tính toán công suất ở đầu động cơ với các mức công suất khác nhau 11

2.3 Tính toán công suất động cơ và biến tần 11

2.3.1 Tính chọn công suất động cơ 11

2.3.2 Tính chọn công suất biến tần 12

2.4 Lựa chọn đ ngộng cơ và biến tần trong thực tế 12

CHƯƠNG 3 BIẾN TẦN IG5A 16

3.1 Cấu tạo và chức năng biến tần IG5A 16

3.2 Thông số hoạt đ ngộng 17

3.3 Sơ đồ chân 18

3.4 Điều khiển PID 21

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN Đ NGỘ VÀ BỐ TRÍ HỆ THỐNG ĐI NỆ 24

4.1 Thiết kế h thống điều khiểnệ 24

4.2 Bố trí h thống đi n – điều khiển cho băng tảiệệ 25

CHƯƠNG 5 MÔ HÌNH HÓA VÀ ĐIỀU KHIỂN BĂNG TẢI TRÊN PHẦN MỀM MATLAB/SIMULINK 27

5.1 Mô hình điều khiển băng tải trong phần mềm Matlab/Simulink 27

5.2 Mô phỏng quá trình điều khiển và đánh giá kết quả 31

5.2.1 Thiết l pập thông số các khối 31

5.2.2 Nh n xét về kết quả.ập 39

TỔNG KẾT 40

TÀI LIỆU THAM KHẢO 1

LỜI MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG BĂNG TẢI1.1 Băng tải công nghiệp

Hệ Thống Băng Tải là mộngt cụm thiết bị cơ khí dùng để di chuyển hànghóa, vậpt liệu với khối lượng, trong lượng khác nhau từ điểm A đến Điểm Btrên mộngt đường dẫn xác định trước Hệ thống băng tải cho phép vậpnchuyển nhanh chóng, chính xác và hiệu quả đối với nhiều loại vậpt liệu Bêncạnh đó là sản xuất, băng chuyền giảm nguy cơ chấn thương, gây mất antoàn lao độngng và các yếu tố phát sinh liên quan đến tính mạng con người.

Việc sử dụng băng tải công nghiệp khác nhau tùy theo vị trí, loại sảnphẩm cần được di chuyển, khoảng cách mà đối tượng sẽ được di chuyển.Tiêu chuẩn cho băng tải được đo lường và xác định bởi tải trọng tối đa,trọng lượng của sản phẩm, số lượng các mảnh trên mộngt đơn vị thời gian, tảitrọng, tốc động và dòng chảy của vậpt liệu.

Hình 1.1: Băng tải chuyển hàng

1.2 Cấu tạo

Thành phần cấu tạo của băng tải gồm các bộng phậpn chính sau:

- Độngng cơ giảm tốc, bộng điều khiển kiểm soát tốc động, biến tần, sensor, timer,cảm biến, PLC, …

- Bộng con lăn kéo (con lăn truyền lực chủ độngng ) bằng thép mạ kẽm hoặcnhôm Ø50, Ø60, Ø76, Ø89, Ø102 …

- Bộng truyền độngng xích hoặc đai.

- Hệ thống khung băng tải thường được làm bằng nhôm định hình, thép sơntĩnh điện hoặc Inox.( khung, chân, thành chắn)

- Hệ thống mặt băng tải: mặt belt hoặc con lăn,…

Hình 1.2: Cấu tạo của một băng tải

Ngoài ra còn có thêm mộngt số bộng phậpn khác tuỳ thuộngc vào ứng dụng củabăng tải Tất cả các bộng phậpn đều được thiết kế hợp lý, khoa học, tối ưu đểmang lại hiệu quả cao.

1.3 Phân loại

1.3.1 Băng tải cao su

Băng tải cao su là mộngt bộng phậpn quan trọng của dây chuyền băngchuyên chở Tùy thuộngc những công việc khác nhau mà băng tải cao su sẽđược ứng dụng theo nhiều cách khác nhau nhưng đa phần được ứng dụng

nhiều trong các nhà máy sản xuất sử dụng nhiều hóa chất, có động ẩm ướtcao, hay bị va đậpp …

Băng tải cao su là phần quan trọng và không thể thiếu trong hệ thốngtruyền tải, dùng để tải vậpt liệu tại các nhà máy, xí nghiệp, các công ty sảnxuất gạch, ngói, xi măng, các điểm khai thác cát, sỏi, trong ngành sản xuấtthép hay trong các nhà máy nhiệt điện, và đặc biệt nhiều ở ngành khaithác than, khoáng sản…

Hình 1.3: Băng tải cao su

1.3.2 Băng tải con lăn

Băng tải con lăn này chủ yếu được áp dụng trong ngành công nghiệpthực phẩm, với nhiệm vụ chính là di chuyển các sản phẩm và cung cấp hệthống giá đỡ cho thùng hàng Loại băng tải này có bốn biến thể cụ thể:

 Băng tải con lăn nhựa

 Băng tải con lăn thép mạ kẽm Băng tải con lăn nhựa PVC

 Băng tải con lăn truyền độngng bằng motor

Các biến thể này của băng tải con lăn được tùy chỉnh để đáp ứng cácyêu cầu cụ thể của ngành công nghiệp thực phẩm, đảm bảo tính an toànvà hiệu quả trong quá trình vậpn chuyển sản phẩm.

Hình 1.4: Băng tải con lăn

1.3.3 Băng tải xích

Băng tải xích, còn được gọi là Chain Conveyor, là mộngt loại băng tải sửdụng chuỗi hoặc xích để kéo hàng hóa từ mộngt vị trí đến vị trí khác Loạibăng tải này thường được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp nặngvà trong môi trường làm việc khắc nghiệt.

Lợi ích:

- Khả năng chịu lực rất lớn, có thể vậpn chuyển hàng hóa có trọng

lượng lớn nhưng kích thước vừa phải.

- Chất liệu inox có động bền rất cao, không bị hao mòn, rỉ sét Thườngdùng trong những nhà máy có môi trường hoạt độngng khắc nghiệt.

- Có thể chịu được tác độngng từ các hóa chất Đây là ưu điểm nổi bậptso với các loại băng tải từ chất liệu nhựa hay cao su.

Hình 1.5: Băng tải xích

1.3.4 Băng tải đứng

Băng tải đứng là dòng sản phẩm không còn quá xa lạ trong các khucông nghiệp đáp ứng nhu cầu vậpn chuyển, đóng gói hàng hóa Đặc biệt,đối với các nhà xưởng muốn vậpn chuyển hàng hóa lên cao cần cần sửdụng các loại băng tải đứng để nâng hàng hóa lên cao mộngt cách dễ dàng.Tuy nhiên băng tải đứng thường không được dùng để tải người mà chỉ tảihàng hóa, máy móc trong các nhà máy.

Hình 1.6: Băng tải đứng

1.3.5 Băng tải xoắn ốc

Băng tải xoắn ốc được thiết kế theo động nghiêng từ 11 động trở xuốngnên rất thích hợp cho việc vậpn chuyển những sản phẩm dễ bị trượt ra khỏibăng tải Dễ dàng vậpn chuyển sản phẩm lên xuống nhẹ nhàng và hiệu quảnhất đảm bảo động an toàn cho sản phẩm.

Băng tải xoắn thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp nhưsản xuất, đóng gói và vậpn chuyển, nơi cần chuyển đổi hướng di chuyển củahàng hóa Ví dụ, trong quy trình sản xuất, băng tải xoắn có thể được sửdụng để di chuyển sản phẩm qua các máy móc và quy trình khác nhautheo mộngt quỹ đạo vòng quanh Trong ngành đóng gói, nó có thể được sửdụng để di chuyển sản phẩm qua các bước đóng gói và kiểm tra chấtlượng.

Hình 1.7: Băng tải xoắn ốc

1.3.6 Băng tải rung

Băng tải rung thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp nhưkhai thác, xử lý khoáng sản, xây dựng, và chế biến thực phẩm Nó có thểđược sử dụng để di chuyển các vậpt liệu như cát, đá, than, hạt nhựa, ngũcốc, hạt cà phê và nhiều loại hàng hóa khác.

Ưu điểm của băng tải rung bao gồm khả năng di chuyển các vậpt liệunặng, khả năng chịu được môi trường khắc nghiệt, và khả năng tùy chỉnhtốc động và cường động rung Nó cũng có thể được sử dụng để loại bỏ tạp chấthoặc lọc các vậpt liệu dạng hạt theo kích thước hoặc trọng lượng.

Hình 1.8: Băng tải rung

1.4 Ứng dụng

Với sự tiến bộ đáng kể của khoa học kỹ thuật, hệ thống băng tải đã trở thành một phầnkhông thể thiếu trong hầu hết các quy trình sản xuất và các dự án xây dựng từ nhỏ đến lớn Nóđược áp dụng trong mọi ngành nghề, từ công nghiệp như ô tô, điện tử, chế tạo đến sản xuấthóa chất, thực phẩm, dược phẩm, bao bì, in ấn và nhiều ngành khác

Hệ thống băng tải có thể được lắp đặt ở bất kỳ địa điểm nào, trên mọi địa hình, khôngchỉ mang lại hiệu quả kinh tế cao mà còn giảm thiểu tai nạn lao động và đảm bảo mức độ antoàn lao động cao Giúp cho quá trình vận chuyển trở nên đơn giản, nhanh chóng, thuận tiện.Tiết kiệm chi phí về nhân công, máy chở hàng Dễ dàng kiểm soát tốc độ và hướng di chuyểncủa sản phẩm, tránh được những sai số khi vận chuyển.

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG BĂNG TẢI2.1 Mô hình băng tải thiết kế

2.2 Tính toán công suất tải trên trục động cơ

2.2.1 Tính toán các hệ số trong hệ thống

Bảng trên đưa ra hệ số ma sát Rulo trên cơ sở điều kiện của rulo và vật liệu làm ra Pulley Tra bảng ta tìm được hệ số ma sát Rulo η1 = 0.3

Tỉ số truyền i hộp số = tốc độ pully / tốc độ động cơ = = 0.053

Hình 2.2: Hệ số ma sát Rulo và dây đai

2.2.2 Tính toán công suất ở đầu độngng cơ với các mức công suất khác nhau

Công suất tải quy về đầu trục động cơ

2.3 Tính toán công suất động cơ và biến tần

2.3.1 Tính chọn công suất độngng cơ

Đặc điểm động cơ băng tải:

- Băng tải là thiết bị công nghiệp vận hành liên tục có chế độ làm việc là chế độ dài

hạn Về mặt yêu cầu công nghệ băng tải không yêu cầu điều chỉnh tốc độ mà yêu cầu tốc độổn định trong mọi trọng lượng tải cho phép.

- Hệ truyền động của băng tải cần đảm bảo khởi động đẩy tải Moment khởi động củađộng cơ Mkđ = (1.6 – 1.8)Mđm.

- Nguồn điện cung cấp đảm bảo được nhu cầu cho phép của tải.

Phương pháp tính toán chọn động cơ:

- Tính chọn công suất động cơ truyền động băng tải thường theo công suất cản tĩnh.

Không tính toán chế độ quá độ, không kiểm tra điều kiện phát nóng và quá tải Trong điềukiện làm việc nặng nề của thiết bị, cần kiểm tra theo điều kiện mở máy.

Sau đây là quá trình tính toán công suất động cơ theo điều kiện cản tĩnh:

F1=L× ∂ ×cosαα ×k1× g=15× 35 ×cos(17 °)×0 05 ×9 8=246 01(N)P1=F1× v=246 01 ×0 8=196 81(W )

F1: Lực dịch chuyển vậpt liệu.Α: Góc nghiêng của băng tải.L: Chiều dài của băng tải.

∂: Khối lượng vậpt liệu trên 1 mét băng tải.

k1=0.05: Hệ số tính đến lực cản khi dịch chuyển vậpt liệu g: Gia tốc trọng trường.

F2=2× L× ∂b×cosαα ×k2× g=2× 10 ×0 35× cos(17 °) ×0 2× 9 8=13 12( N )P2=F2× v=13 12× 0 8=10 4 96(W )

 Với:

F2: Lực cản do ma sát sinh ra.

k2: Hệ số tính đến lực cản khi không tải.

∂b: Khối lượng băng tải trên 1 mét băng tải.

F3=L× ∂ × sαinα × g=10 ×35 × sin(17 °)× 9 8=1002 83 (N )P3=F3× v =1002 83 ×0 8=802 27 (W )

Với F3: Lực cần thiết nâng vậpt.

Hình 2.3 Catalog động cơ KĐB 3 pha hãng Miksan

Khi tính toán công suất tải quy về đầu trục độngng cơ, ta tính được Pmax (ứngvới 100% công suất tải) là 1 kW.

Khi tính toán chọn công suất độngng cơ theo điều kiện cản tĩnh, ta tínhra công suất độngng cơ cần chọn ≥ 1.346 kW Đã tính toán hiệu suất và dự trữcho độngng cơ.

Từ hai kết quả trên, chọn động cơ không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc của hãng MiksanMotor, công suất động cơ được chọn là 1.5kW (2HP).

Những thông số chính của động cơ.

Thông số kỹ thuật của động cơ

Hệ số công suất 0.66

Tỉ số dòng mở máy (Imm/Iđm) 5Tỉ số moment mở máy (Mmm/Mđm) 2.5Tỉ số moment lớn nhất (Mmax/Mđm) 3.2

Hình 2.4: Động cơ Miksan không đồng bộ 3 pha công suất 2 HP (1.5 kW)

Chọn độngng cơ không đồng bộng 3 pha rotor lồng sóc với công suất 2HP và moment định mức 10.1 Nm là phù hợp với công suất yêu cầu củatải.

Độngng cơ 4 cặp cực có tốc động tương đố thấp và moment cao hơn sovới độngng cơ 2 cực Trong bài báo cáo này, độngng cơ 4 cực là lựa chọn tốiưu hơn Tối ưu về động lợi công suất và tài chính.

Từ kết quả tính toán chọn biến tần IG5A có công suất 2.2 kW (3HP) điện áp 400V.

Hình 2.5: Catalog biến tần IG5A từ nhà sản xuất

Thông số kỹ thuật của biến tần được chọn

CHƯƠNG 3 BIẾN TẦN IG5A3.1 Cấu tạo và chức năng biến tần IG5A

Bên dưới là bảng thông tin vắn tắt chức năng của biến rần IG5A, được lấy trực tiếp từCatalog nhà sản xuất, bao gồm các chức năng: Điều khiển, hoạt động, bảo vệ và khả năngchịu đựng trong điều kiện môi trường.

Hình 3.1 Phím chức năng và công dụng

3.2 Thông số hoạt động

Biến tần IG5A có 4 nhóm thông số hoạt động

Hình 3.2 Biến tần IG5A có 4 nhóm thông số hoạt động

- Drive Group: Các thông số cơ bản cần thiết để biến tần chạy Thông số chẳng hạn như Tần số mục tiêu, Accel / Decel time có thể cài đặt.

- FU Group 1: Các thông số chức năng cơ bản để điều chỉnh tần và điện áp đầu ra.

- FU Group 2: Các tham số chức năng nâng cao để đặt các tham số như Điều khiển PID và Vận hành động cơ thứ hai.

- I/O group: Các thông số cần thiết để tạo nên một chuỗi sử dụng thiết bị đầu cuối đầu vào / ra đa chức năng.

3.3 Sơ đồ chân

Hình 3.3 Sơ đồ chân biến tần IG5A

Hình 3.4 Các Terminal và mô tả đặc tính

3.4 Điều khiển PID

Chức năng điều khiển PID đươc tích hợp trong biến tần, không cần trang bị thêm bên ngoài Để thực hiện điều khiển PID, cần cài đặt các thông số ở bảng bên dưới, các thông số này đặc trưng cho chế độ làm việc với PID điều khiển động cơ

Hình 3.5 Chức năng điều khiển PID

Hình 3.6 Sơ đồ điều khiển PID trong IG5A

Chú thích các thông số trên hình:

3- Thêm giao tiếp RS-485 vào danh mục PID Feedback

4- Giá trị PID REF có thể được thay đổi và kiểm tra trong “rEF” của nhóm DRV Đơn vị là [Hz] khi H58 = 0 và [%] khi H58 = 1

5- Giá trị PID FBK có thể được kiểm tra trong “Fbk” của nhóm DRV Đơn vị tương đối với “rEF

6- Nếu chuyển mạch PID được đưa vào đầu vào đa năng (P1 ~ P8), Nếu H58 là 1, [%] được chuyển đổi thành [Hz].

7- Tần số đầu ra được hiển thị trong “SPD” của nhóm DRV.

8- PID OUT of Normal PID là một cực và nó bị giới hạn bởi H55 (H-Limit) và H56 Limit) 9-100% là F21 (Tần số tối đa)

(L-CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG VÀ BỐ TRÍ HỆ THỐNGĐIỆN

4.1 Thiết kế hệ thống điều khiển

- Sơ đồ khối điều khiển

Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển băng tải.

- Nguyên lý hệ thống điều khiển băng tải.

 Điện áp 3 pha (380V- 50Hz) từ nguồn được cấp cho biến tần IG5A.

 Biến tần IG5A có tích hợp bộ điều khiển PID/PI, với 2 chế độ làm việc chính là điềukhiển V/F và Vector vòng kín (Sensorless Vector Control).

 Ngõ ra biến tần được kết nối với động cơ, qua hộp số giảm tốc và bộ truyền động xíchđể truyền động Rulo chính.

 Trên Rulo trục chính gắn cảm biến tốc độ quay Encoder, Encoder này có nguồn cấpđược lấy trực tiếp từ nõ ra 24VDC của biến tần, bộ encoder giám sát chuyển động quayvà truyền tín hiệu Digital với 2 kênh A,B Tín hiệu Digital này qua mạch DAC chuyểnthành tín hiệu Analog truyền về biến tần Đây là tín hiệu hồi tiếp và được chuyển đến bộđiều khiển PI để xử lý.

 Bộ PI tiếp nhận tín hiệu hồi tiếp và tín hiệu đặt được lập trình trước trên biến tần PI xửlý đưa ra tín hiệu điện áp điều khiển Tín hiệu này can thiệp vào qua trình nghịch lưu V/F, tạo ra điện áp ngõ ra với biên độ và tần số theo yêu cầu Sau đó kết nối với nguồn cấpđộng cơ.

4.2 Bố trí hệ thống điện – điều khiển cho băng tải

-Mô hình thiết kế băng tải trong phần mềm Sketchup Pro 2021

Hình 3.2 Ảnh mô hình băng tải được xây dựng trên phần mềm Sketchup

Hình 4.3 Bố trí các thiết bị trên băng tải.-Lắp đặt encoder hồi tiếp.

 Encoder được lắp trên Rulo chính của băng tải

 Lựa chọn Encoder: Chọn Encoder của hãng Omron, loại 4 dây (2 dây nguồn và 2 dây tín hiệu ra A,B), trục lõm, độ phân giải 1024.

 Encoder có nguồn cấp 24VDC được lấy từ ngõ ra 24VDC của biến tần.