Nội dung nhiệm vụ : • Thiết kế và thi công mô phỏng hệ thống điều khiển tốc độ băng tải sử dụng biến tần: a Chọn động cơ.. Mô hình điều khiển băng tải sử dụng biến tần bao gồm mạch độ
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Vấn đề
- Ngày nay cùng với sự công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, nhiều ngành công nghiệp phục vụ quá trình phát triển đất nước vẫn đang phát triển mạnh mẽ Ở các nhà máy công nghiệp nhỏ thì nhu cầu công việc thủ công vẫn còn đang được sử dụng và với sản lượng thấp thì việc vận chuyển bằng nhân lực vẫn còn phù hợp Nhưng để phát triển trình độ và quy mô hơn thì các nhà máy, xí nghiệp đã dần vận dụng các dây chuyền tự động Và đi kèm với các dây chuyền sản xuất tự động yêu cầu nguồn nhập đảm bảo để nguồn xuất chất lượng Điều đó dẫn đến các hệ thống có chức năng vận chuyển được nghiên cứu và ra đời Tiêu biểu trong các hệ thống vận tải là băng tải, từ khi ra đời cho tới nay thì băng tải đã được nghiên cứu và phát triển liên tục Chúng em quyết định thực hiện đề tài “Hệ thống điều khiển tốc độ băng tải sử dụng biến tần” vì đây hiện là một trong những hệ thống băng tải hiệu quả nhất hiện nay
- Băng tải được ứng dụng rộng rãi từ lâu nhờ nhiều ưu điểm là có cấu tạo đơn giản, bền, có khả năng vận chuyển với khoảng cách xa với tất cả loại nguyên liệu ở mọi mức khối lượng Ngoài ra việc điều khiển băng tải và bảo hành là cực kì dễ Việc áp dụng biến tần vào điều khiển băng tải giúp người vận hành có thể tùy chỉnh tốc độ băng tải tùy theo yêu cầu Qua biến tần, người vận hành có thể bảo vệ hệ thống băng tải của mình vì các thông số đã được cài đặt trước sẽ ngăn các sự cố ngoài ý muốn có thể xảy ra
- Giúp người vận hành hiểu rõ hơn về hệ thống vận tải, có thể vận chuyển được các loại vật liệu khác nhau ở nhiều mức tốc độ khác nhau Làm quen với việc thiết kế và tính chọn hệ thống mạch điện và tủ điện, làm quen với việc quy hoạch, thiết kế và trang bị tủ điện.
Mục tiêu đề tài
1.2.1 Đề tài nhằm giải quyết vấn đề:
- Các nhà máy, xí nghiệp với các dây chuyền sản xuất quy mô lớn yêu cầu nguồn cung, nguồn nguyên liệu đầu vào đảm bảo được các tiêu chí như: nguyên vẹn, hiệu suất và phải tải được vật liệu với mọi hình dạng, kích thước ở nhiều mức khối lượng kahsc nhau Với các yêu cầu trên, hệ thống vận tải được nghiên cứu và phát triển
- Một hệ thống vận tải vừa đáp ứng được các nhu cầu cần thiết của nhà máy, xí nghiệp đồng thời bổ sung thêm các tính năng như điều chỉnh được tốc độ băng tải và đơn giản hóa quá trình vận hành băng tải cho người vận hành.
Nội dung đề tài
- Dựa trên động cơ tính chọn biến tần
- Dựa trên động cơ và biến tần tính chọn các thiết bị điện cần thiết
- Thiết kế mạch động lực và mạch điều khiển
- Thiết kế và quy hoạch tủ điện
- Lắp đặt các thiết bị và biến tần vào tủ điện và nối dây
- Thông qua biến tần điều khiển được động cơ chạy và dừng
- Thông qua biến tần điều chỉnh tốc độ của động cơ.
Phương pháp nghiên cứu
- Sử dụng nguồn tài liệu sách giáo trình và internet
- Sử dụng CADe-SIMU để thiết kế và mô phỏng mạch điện
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Hệ thống điều khiển tốc độ băng tải sử dụng biến tần
- Ở các hệ thống điều khiển băng tải kiểu cũ, người vận hành chỉ đơn giản là cho băng tải chạy và dừng băng tải khi cần thiết hay sự cố và tất cả các thao tác điều được thực hiện bằng thủ công và kinh nghiệm của người vận hành, các hệ thống băng tải này không thể điều chỉnh được tốc độ hoặc có thể điều chình được với các thao tác và yêu cầu phức tạp, gây khó khăn cho người vận hành Ngoài ra, khi có sự cố ngắn mạch hoặc quá tải thì người vận hành thường không kịp ngắt, cô lập mạch điện với động cơ dẫn đến động cơ bị cháy và hư hỏng
- Ở hệ thống điều khiển băng tải sử dụng biến tần này thì đã khắc phục được các nhược điểm trên, đồng thời lắp thêm cảm biến tiệm cận (nhóm em dùng cảm biến quang) để ngưng băng tải Hạn chế tối đa sự vận hành của con người tương đương với các sai lầm được giảm thiểu
2.1.1 Các thành phần chính của hệ thống:
- Biến tần: điều khiển trực tiếp động cơ, điều chỉnh tốc độ động cơ và bảo vệ động cơ dựa trên các thông số đã cài đặt cho biến tần
- Động cơ: cơ cấu chuyển động của hệ thống băng tải
- Cơ cấu hiển thị: gồm các đèn báo RUN, STOP và 3 cấp tốc độ
- Cơ cấu điều khiển: gồm các nút bấm điều khiển
- Thiết bị bảo vệ ngắn mạch, quá tải: biến tần, MCCB, MCB
- Cơ cấu điều khiển biến tần: gồm các contactor làm nhiệm vụ trung gian để người vận hành điều khiển biến tần qua cơ cấu điều khiển
- Hệ thống điều khiển tốc độ băng tải có trạng thái:
• Trạng thái chờ: lúc này hệ thống mạch điện có điện nhưng không cho chạy động cơ vì người vận hành chưa phát hiện vật cần vận chuyển
• Trạng thái chạy ở 3 cấp tốc độ: người vận hành ấn lần lượt các nút LOW, MED, HIG để động cơ chạy ở các cấp tốc độ khác nhau
• Trạng thái dừng: khi này vật cần vận chuyển đã ở cuối băng tải thì cảm biển phát hiện vật sẽ cho dừng băng tải cho tới khi vật được di dời ra khỏi băng tải
• Trạng thái dừng khẩn cấp: khi có sự cố xảy ra thì các thiết bị bảo vệ sẽ cách ly nguồn điện với hệ thống mạch điện để người vận hành kiểm tra và sửa chữa trước khi cho hệ thống đi vào hoạt động trở lại
2.1.3 Các tính năng của hệ thống:
- Vận chuyển các nguyên vật liệu trên băng tải
- Điều khiển được tốc độ băng tải ở 3 mức độ ( LOW, MEDIUM, HIGH)
- Bảo vệ được động cơ và mạch điện với các thông số đã được thiết lập ở biến tần
THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN VÀ TÍNH CHỌN THIẾT BỊ
Thiết kế mạch điện bằng phần mềm CADe_SIMU
Hình 1: Mạch điện mô phỏng bằng phần mềm CADe_SIMU
Tính chọn thiết bị
- Từ bản vẽ xác định các loại và số lượng linh kiện cần mua:
- Tận dụng động cơ có sẵn của một thành viên trong nhóm có các thông số phù hợp để sử dụng cho mạch điện đồ án của nhóm
- Động cơ 3 pha của hãng Toshiba với công suất 0.2kW 4 cực:
Hình 2: Thông số động cơ
• Dòng danh định: 1.2A-50Hz / 1.1A-60Hz
- Động cơ đã chọn là động cơ tích hợp hộp giảm tốc:
Hình 3: Thông số hộp giảm tốc
Hình 4: Catalog hộp giảm tốc
• Tốc độ đầu ra: 33rpm
Hình 5: Kích thước động cơ tích hợp hộp giảm tốc
- Biến tần được chọn dựa theo công suất của động cơ: Công suất của biến tần bằng công suất động cơ nhưng biến tần có công suất lớn hơn động cơ sẽ hoạt động tốt hơn Nên nhóm em chọn biến tần có công suất 1Hp~0.75kW > Pđộng cơ = 0.2Kw với cường độ dòng điện đầu ra 4A > Iđộng cơ = 1.2A
- Chọn biến tần VFNC1-2007P của hãng Toshiba:
Hình 6: Thông số biến tần
• Biến tần Toshiba Tosvert VFnC1 cho động cơ 0.75kW (1HP) 230V 3 Ph trong điều khiển VxF đến 4.0A Đơn giản để thiết lập và chuyển đổi đầu vào 230V một pha thành 230V ba pha cho động cơ cảm ứng AC tiêu chuẩn
• Kích thước - Rộng 72mm x Sâu 124mm x cao 142mm trong trường hợp IP20
• Phạm vi kiểm soát tốc độ - 0/200Hz
• Tính năng - Chiết áp gắn phía trước, 1 x Đầu vào tương tự, 1 x Đầu ra tương tự,
4 Đầu vào kỹ thuật số, 1 Bộ tiếp điểm rơle
• Có thể lập trình từ bàn phím tích hợp
• Bộ lọc EMC theo EN61800-3 đến Môi trường thứ 2 C3 (Công nghiệp)
• Dòng điện đầu vào - Không xác định (bộ ngắt mạch 15A)
• Điện áp đầu vào - 200/240V một pha +-10% ở 50/60Hz
• Giá treo tường trong môi trường sạch sẽ hoặc giá treo tủ
• Đánh giá ở 40C Môi trường xung quanh
• Không gian thông gió trên và dưới - 50mm
• Không gian thông gió ở hai bên - 50mm
• Mất nhiệt ở công suất tối đa - 55W
• Gắn vào vít cố định để gắn phía sau
+ Ith – dòng bảo vệ quá tải của MCCB thường > 130% In tức là trong khoảng thời gian ∆t khi Ith > 1.3 Indc thì MCCB sẽ ngắt mạch điện => Ith > 1.3xIndc Ith > 1.3x1.2 Ith > 1.56A
+ Itrip – ngưỡng bảo vệ ngắn mạch MCCB thường > 12xIth tức là MCCB sẽ ngắt nhanh ngay khi dòng điện vượt ngưỡng Itrip Ta có: Ith > 1.56 A => Itrip > 12x1.56 A Itrip > 18.72 A
+ Icu – là dòng mà khi relay của MCCB nhảy có thể ngắt được dòng điện Chọn Icu càng lớn càng tốt
Chọn sản phẩm Dahszhi DIN Rail Mounted Circuit Breaker AC 400V 32A 3 Pole DZ47-63 C32
Hình 8: Model MCCB được chọn
• Điện áp danh định: 220/400VAC
- Chọn contactor có dòng bằng dòng điện danh định của động cơ In = 1.2A và điện áp 220VAC
• Chọn contactor GMC-12 của hãng MEC
• Điện áp danh định: AC3 - 220/240V
Hình 12: Sơ đồ mạch điện contactor
- Dùng MCB để bảo vệ quá tải, ngắn mạch của mạch điều khiển Vì dòng mạch điều khiển thấp nên giả định dòng 1A
+ In ≥ 1A ( dòng mà NO/NC của contactor chịu được)
+ Icu càng lớn càng tốt
Chọn MCB 2 cực 16A 6kA MP6-C216 hãng MPE
Hình 13: Model MCB được chọn
• Điện áp định mức: 230/240 VAC
• Khả năng cắt định mức: 6kA
- Chọn Rơ le trung gian Omron MY4N-GS AC220/240, 14 chân, 3A
Hình 15: Relay trung gian được chọn
Hình 16: Catalog của relay trung gian
Hình 17: Kích thước và sơ đồ chân relay
• Relay trung gian MY4N-GS AC220/240 của hãng OMRON (loại chân dẹt nhỏ)
• Có 14 chân dẹt, có đèn chỉ thị
- Chọn limit switch V-156-1C25 của hãng OMRON:
Hình 18: Limit switch được chọn
Hình 20: Kích thước limit switch
• Thiết bị truyền động: Đòn bẩy con lăn bản lề
• Thiết bị đầu cuối: : Thiết bị đầu cuối kết nối nhanh
• Lực lượng hoạt động tối đa: 1,23N
- Chọn đèn LED AD16-22/DS
Hình 21: Thông số kỹ thuật Đèn báo
• Tần số sử dụng (AC): 50 ~ 60Hz
• Dòng điện hoạt động định mức: ≤ 20mA
• Điện trở cách điện: Ui≤60V,5MQ:60V< Ui≤660V,50MQ
• Màu sáng: Đỏ, Xanh lá
• Tổng kích thước (xấp xỉ): 66 x 36 x 29mm / 2,5" x 1,4" x1,2"(Dài*Rộng*Cao)
- Đối với mạch động lực:
Id phải chịu được dòng ≥ 1,56 A ( theo dòng MCCB)
+ T – là dòng điện chạy qua dây dẫn
+ J – là mật độ dòng điện cho phép chạy qua dây dẫn tùy theo chất liệu lõi
S = 1.56/6 (J của đồng là 6A/mm2) = 0.26 mm 2
- Mạch điều khiển: vì dòng thấp nên giả định dòng 1A
S = 1/6 (J của đồng là 6A/mm2) = 0.16 mm 2
Hình 24: Bảng kích thước dây dẫn
MÔ PHỎNG VÀ THUYẾT MINH
Mô phỏng và thuyết minh quy trình
• Khôi phục cài đặt gốc biến tần trước khi cài đặt thông số:
- Bước 1: ấn MON để màn hình biến tần hiển thị dòng “AUH”
- Bước 2: ấn nút UP tới khi màn hình biến tần hiển thị dòng “typ”
- Bước 3: khi đèn “PRG” sáng, ấn “ENT” để màn hình hiển thị “3 0”
- Bước 4: ấn UP tới khi màn hình hiển thị “3 3”
- Bước 5: ấn “ENT” để lưu
- Bước 6: ấn “ENT” để biến tần khôi phục cài đặt gốc
• Cài đặt biến tần để nhận tín hiệu ngoài:
- Bước 1: ấn MON để màn hình biến tần hiển thị dòng “AUH”
- Bước 2: ấn nút UP tới khi màn hình biến tần hiển thị dòng “Cn0d”
- Bước 3: khi đèn “PRG” sáng, ấn “ENT” để màn hình hiển thị “ 1”
- Bước 4: ấn DOWN tới khi màn hình hiển thị “ 0”
- Bước 5: ấn “ENT” để lưu
- Bước 6: ấn UP tới khi màn hình biến tần hiển thị dòng “Fn0d”
- Bước 7: ấn “ENT” để màn hình hiển thị “ 2”
- Bước 8: ấn DOWN tới khi màn hình hiển thị “ 0”
- Bước 9: ấn “ENT” để lưu
- Bước 10: ấn “MON” để thoát khỏi bảng cài đặt
• Cài đặt biến tần các thông số cần thiết:
- Bước 1: ấn MON để màn hình biến tần hiển thị dòng “AUH”
- Bước 2: ấn nút UP tới khi màn hình biến tần hiển thị dòng “Sr1”
- Bước 3: khi đèn “PRG” sáng, ấn “ENT” để màn hình hiển thị “10.0”
- Bước 4: ấn UP tới khi màn hình hiển thị “15.0” ( tốc độ LOW)
- Bước 5: ấn “ENT” để lưu
- Bước 6: ấn UP tới khi màn hình biến tần hiển thị dòng “Sr2”
- Bước 7: ấn “ENT” để màn hình hiển thị “15.0”
- Bước 8: ấn UP tới khi màn hình hiển thị “30.0” ( tốc độ MED)
- Bước 9: ấn “ENT” để lưu
- Bước 10: ấn UP tới khi màn hình biến tần hiển thị dòng “Sr3”
- Bước 11: ấn “ENT” để màn hình hiển thị “30.0”
- Bước 12: ấn UP tới khi màn hình hiển thị “50.0” ( tốc độ HIG)
- Bước 13: ấn “ENT” để lưu
- Bước 14: ấn “MON” để thoát khỏi bảng cài đặt
Hình 25: Mặt ngoài tủ điện
- Đóng MCCB và MCB để cấp nguồn cho mạch động lực và mạch điều khiển
Hình 26: Đóng MCCB và MCB
- Sau khi bấm nút START, contactor K1 đóng lại cấp điện cho biến tần( đèn fine sáng)
- Sau khi cài đặt biến tần ba cấp tốc độ LOW(15Hz), MEDIUM(30Hz), HIGH(50Hz) Bấm nút RS thì tiếp điểm và cuộn hút K2 đóng lại Khi đó biến tần được cài đặt chạy thuận (Đèn RUN sáng)
Hình 28: Cuộn hút K2 đóng lại
4.1.2 Điều khiển tốc độ băng tải:
- Bấm nút S1, S2 để điều chỉnh tốc độ băng tải Phải ấn nút RS(chạy thuận) trước thì băng tải mới có thể chạy và thay đổi tốc độ
- Khi bấm nút S1 (đã bấm RS) tiếp điểm và cuộn hút K3 đóng lại động cơ băng tải chạy ở chế độ LOW(15Hz)
Hình 30: Cuộn hút K3 đóng lại động cơ băng tải chạy ở chế độ LOW(15Hz)
- Lúc này để động cơ băng tải chạy ở chế độ MEDIUM cần bấm lại nút RS sau đó bấm nút S2, tiếp điểm và cuộn hút K4 đóng lại động cơ băng tải chạy ở chế độ MEDIUM(30Hz)
Hình 31: Cuộn hút K4 đóng lại động cơ băng tải chạy ở chế độ
- Khi động cơ băng tải đang chạy ở chế độ LOW hoặc MEDIUM và muốn động cơ băng tải đang chạy ở chế độ HIGH(50Hz) ta cần bấm nút S1 khi đang ở tốc độ MEDIUM và bấm nút S2 bấm nút S1 khi đang ở tốc độ LOW
Hình 32: Động cơ băng tải đang chạy ở chế độ HIGH(50Hz)
- Khi muốn động cơ băng tải trở về chế độ LOW thì bấm nút RS và sau đó bấm nút S1, tương tự với chế độ MEDIUM bấm nút RS và sau đó bấm nút S2
- Khi công tắc phát hiện vật ở cuối băng tải sẽ đóng cuộn hút và tiếp điểm K5, tiếp điểm thường đóng sẽ mở ra để ngắt cuộn hút K2, K3 và K4 Khi đó, động cơ sẽ ngắt và băng tải dừng lại bằng ma sát(đèn STOP sáng)
- Khi muốn dừng băng tải bằng cách thủ công thì nhấn nút STOP để ngắt cuộn K1 và ngắt biến tần
- Khi xảy ra quá tải, tiếp điểm thường đóng của biến tần mở ra để ngắt contactor và dừng băng tải(đèn fine tắt)
