nghiên cứu giải pháp tự động hành trình của tầu cuốc hb16

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật i. BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TR ƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI        LÊ TRUNG HIẾU NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TỰ ðỘNG HÀNH TRÌNH CỦA TẦU CUỐC HB16 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành : ðiện khí hoá sản xuất nông nghiệp và nông thôn Mã số : 60.52.14 Người hướng dẫn khoa học: TS. HOÀNG NGỌC NHÂN HÀ N ỘI - 2010 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ii. LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa từng ñược ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam ñoan rằng: mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñược chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày 06 tháng 9 năm 2010 Tác giả luận văn Lê Trung Hiếu Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật iii. LỜI CẢM ƠN Trong thời gian nghiên cứu ñể hoàn thành luận văn này, tôi ñã nhận ñược sự giúp ñỡ nhiệt tình của các tập thể và cá nhân, các Thầy Cô giáo: Trường ðHNN Hà Nội, Trường ðHBK Hà Nội, Trường ðHðL Hà Nội và của các bạn bè, ñồng nghiệp. Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Hoàng Ngọc Nhân Trường ðHðL Hà nội. Cảm ơn các Thầy Cô giáo trong bộ môn ñiện, Khoa cơ ñiện, Viện sau ñại học Trường ðHNN Hà Nội. Cảm ơn Khoa công nghệ tự ñộng - Trường ðHðL Hà Nội và Khoa Tầu Cuốc – Trường Cao ñẳng nghề Cơ ðiện & Thủy Lợi. Cảm ơn các bạn bè và ñồng nghiệp ñã tận tình giúp ñỡ tôi nghiên cứu hoàn thành luận văn này. Trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn, vì thời gian và trình ñộ có hạn, nên không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận ñược ý kiến ñóng góp chân thành của các Thầy Cô và bạn bè ñồng nghiệp. Hà Nội, ngày 06 tháng 9 năm 2010 Tác giả luận văn Lê Trung Hiếu Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật iv. MỤC LỤC LỜI CAM ðOAN i LỜI CẢM ƠN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC BẢNG vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ðỒ THỊ vii LỜI MỞ ðẦU 1 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ TẦU CUỐC VÀ HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN TRÊN TẦU CUỐC 2 1.1.Tầu cuốc và ứng dụng của Tầu cuốc 2 1.1.1. Lịch sử hình thành và sự ra ñời của Tầu cuốc 2 1.1.2. Ứng dụng công nghệ ñiều khiển giám sát trong vận hành Tầu cuốc 3 1.2. Nhu cầu sử dụng Tầu cuốc (Tầu hút bùn) 3 1.2.1. Trên thế giới 3 1.2.2. Ở Việt nam 4 1.3. Cơ sở khoa học và tính thực tiễn của ñề tài 5 1.3.1. Tính cấp thiết của ñề tài 5 1.3.2. Nội dung chính trong việc triển khai ñề tài 5 Chương 2: KHẢO SÁT THỰC TRẠNG CỦA TẦU CUỐC HB16 6 2.1. Khảo sát thông số kỹ thuật và quy trình công nghệ Tầu cuốc HB16 6 2.1.1. Thông số kỹ thuật của Tầu cuốc HB16 6 2.1.2. Trang bị ñiện và các thiết bị ñiều khiển Tầu cuốc HB16 8 2.1.3.Quy trình công nghệ vận hành tầu quốc 9 2.2. Khảo sát mô hình Tầu cuốc HB16 10 2.2.1. Giới thiệu về mô hình Tầu cuốc HB16 10 2.2.2. Trang bị ñiện mô hình Tầu cuốc HB16 13 2.2.3. Quy trình công nghệ vận hành Mô hình tầu quốc HB16 14 2.2.4.Tính toán hành trình dịch chuyển của mô hình tầu HB16: 17 2.3. Các ñiểm cần ñiều khiển, giám sát theo yêu cầu công nghệ 23 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật v. 2.3.1. Các ñiểm cần giám sát: 23 2.3.2. Các ñiểm cần bảo vệ : 24 Chương 3. NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ðIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT 25 3.1. Cấu trúc phần cứng 25 3.1.1. Lựa chọn cảm biến cho giám sát các thông số 25 3.1.2. Lựa chọn ñiều khiển ñộng cơ 33 3.1.3. Lựa chọn bộ ñiều khiển trung tâm 34 3.1.4. Bộ ñiều khiển PLC S7-300 40 3.1.5. Cấu hình chung của hệ ñiều khiển giám sát tầu cuốc 44 3.2. Phần mềm ñiều khiển lập trình 47 3.2.1. Giới thiệu về Step 7 47 3.2.2. Lưu ñồ thuật toán ñiều khiển 50 3.2.3. Chương trình ñiều khiển 51 3.2.4. Lập trình ñiều khiển giám sát WinCC 52 Chương 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 56 4.1. Kiểm tra tín hiệu ñầu vào, ñầu ra của PLC 56 4.1.1. Cảm biến: (input) 56 4.1.2. ðiều khiển thuận nghịch ñộng cơ(out put): 57 4.2. Bài toán tổng thể: 57 4.3. Những ưu việt khi áp dụng ñiều khiển giám sát hành trình của Tầu cuốc HB16 58 4.4. Những ñánh giá khi áp dụng ñiều khiển giám sát trên mô hình Tầu cuốc HB16 60 KẾT LUẬN VÀ CÁC ðỀ XUẤT 61 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 PHỤ LỤC 64 PHỤ LỤC 1: 65 PHỤ LỤC 2: 66 PHỤ LỤC 3: 67 PHỤ LỤC 4: 99 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật vi. DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 : Thiết bị và thông số kỹ thuật mô hình tầu cuốc HB16: 11 Bảng 2.2: Bảng kê thiết bị - khí cụ ñiện trên tầu mô hình 14 Bảng 2.3: Bảng số liệu tính toán ñộ dài của cáp từ puly hướng cáp ñến ñiểm ñặt neo biên: 18 Bảng 2.4: Bảng tính toán chiều dài cung dịch chuyển của puly hướng cáp tời biên: 20 Bảng 2.5: Bảng tính toán ðộ dài cáp tời biên chạy qua puly hướng cáp trên tầu mô hình 20 Bảng 2.6: Bảng tính toán khoảng cách từ puly ñầu giá chữ A ñến ñiểm móc cáp hạ cần trên dàn phay trên tầu mô hình: 22 Bảng 3.1: Chú thích kí hiệu trên mạch 46 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật vii. DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ðỒ THỊ Hình 2.1 : Hình ảnh Tầu HB16 ñang thi công 6 Hình 2.2: Hình ảnh tổng thể của mô hình Tầu HB16 12 Hình 2.3 : Sơ ñồ bố trí hệ thống tời dịch chuyển trên Tầu HB16 12 Hình 2.4: ðộng cơ 3 pha trên mô hình và bộ truyền ñộng bánh vít trục vít 13 Hình 2.5: Mô phỏng hành trình dịch chuyển của Tầu HB16 trong thi công 17 Hình 2.6: Minh họa ñể tính cung quay ñầu tiên khi tầu thi công 19 Hình 2.7: Hình vẽ minh họa ñể tính toán ñộ dài cáp xả ra khi hạ cần phay 21 Hình 2.8: Minh họa Puly hướng cáp ñầu giá chữ A 23 Hình 3.1: Biến trở a/ kí hiệu b/ ảnh chụp biến trở 25 Hình 3.2: Hình ảnh ñĩa chia vạch và ñĩa gia công của encorder 26 Hình 3.3 : Hình ảnh encorder tời biên 28 Hình3.4: Hình ảnh encorder tời nâng hạ dàn phay 29 Hình 3.5: Sơ ñồ mạch encorder 29 Hình 3.6: Hình ảnh thước ño ñộ sâu có gắn encorder 30 Hình 3.7: a-ðồng hồ ño áp suất hút của bơm bùn; b- cảm biến áp suất Pressure Sensor (CP 8001); c- A-105A 31 Hình 3. 8: Sơ ñồ khối của hệ thống ñiều khiển lập trình PLC 41 Hình 3.9 : Sơ ñồ khối kết nối công suất 45 Hình 3.10: Sơ ñồ kết nối ñầu ra ñiều khiển ñộng cơ tời 46 Hình 3.11: Lưu ñồ thuật toán chương trình ñiều khiển 50 Hình 4.1: ðồ thị thực nghiệm ño so sánh với bộ ño góc encorder 57 Hình 4.2 : Màn hình ñiều khiển giám sát hành trình Tầu cuốc HB16 58 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 1. LỜI MỞ ðẦU Với sự phát triển mạnh của khoa học kỹ thuật, nước ta ñã và ñang xây dựng nhiều ngành sản xuất ña dạng hóa về công nghệ. Ngành Tự ñộng hóa cũng không ngừng phát triển ñể ñáp ứng nhu cầu sản xuất. Ứng dụng công nghệ tự ñộng vào trong sản xuất là xu hướng tất yếu của Việt Nam trên ñường phát triển và hội nhập. Tầu cuốc hay còn gọi là Tầu Hút bùn chuyên dùng ñể nạo vét lòng sông, khơi thông dòng chảy phục vụ trong lĩnh vực thủy lợi. Tầu cuốc HB16 là loại tầu ñược sản xuất theo công nghệ của Liên Xô cũ với công xuất 16.000m 3 dung dịch bùn/giờ. Trong quá trình thi công, hành trình dịch chuyển của Tầu cuốc HB16 dựa vào hệ thống tời ñiện ñược ñiều khiển bằng các công tắc, khí cụ ñiện truyền thống như áptômát, cầu dao … nên năng suất không cao, việc ñảm bảo ñáy thiết kế không cao. Việc ứng dụng tự ñộng hóa vào ñiều khiển hành trình của Tầu Cuốc sẽ khắc phục ñược các nhược ñiểm trên và ñặc biệt sẽ giảm ñược nhân công lao ñộng trong một ca sản xuất. ðể sử dụng hiệu quả các thiết bị và ñi vào vận hành hoặc sữa chữa Tầu Cuốc HB16 ñòi hỏi phải có ñội ngũ chuyên gia và kỹ sư giỏi, nắm vững lý thuyết và am hiểu thiết bị. Vì vậy việc nghiên cứu, áp dụng tự ñộng hóa vào quá trình vận hành Tầu Cuốc HB16, nhằm tăng năng xuất là rất cần thiết và ñáp ứng yêu cầu thực tế về cải tạo hệ thống thủy lợi ở nước ta giai ñoạn 2010 -2020. ðược sự hướng dẫn của Giảng viên: TS. Hoàng Ngọc Nhân; Trường ðại học ðiện lực Hà nội và các Thầy cô trong khoa cơ ñiện Trường ðại học Nông nghiệp Hà nội, tôi chọn ñề tài luận văn: “ Nghiên cứu giải pháp tự ñộng hành trình của Tầu cuốc HB16 ” Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 2. Chương 1: TỔNG QUAN VỀ TẦU CUỐC VÀ HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN TRÊN TẦU CUỐC 1.1.Tầu cuốc và ứng dụng của Tầu cuốc 1.1.1. Lịch sử hình thành và sự ra ñời của Tầu cuốc Một trong những nước có lịch sử phát triển ngành Tầu cuốc lâu ñời và hiện tại là nước có nền công nghệ Tầu cuốc ñứng hàng ñầu thế giới ñó là Hà Lan. Chúng ta hãy trở lại thế kỷ XVI, khi phần lớn diện tích ñất ñai của Hà Lan bị ngập trong nước với những bãi bùn lớn, vì vậy họ phải cải tạo ñể mở rộng diện tích ñất canh tác và họ ñã tích lũy nhiều kinh nghiệm trong việc nạo vét bùn. ðến cuối thế kỷ XIX, những Tầu hút bùn hơi nước ñầu tiên ra ñời ñã tạo ra một ñộng lực phát triển mạnh mẽ ñối với ngành ñóng tầu nạo vét, và người Hà Lan trở thành chuyên gia hàng ñầu trong lĩnh vực này.[1] Ở Việt Nam,Tầu cuốc xuất hiện trong những năm 1965 – 1970, khi Miền Bắc xây dựng XHCN và chi viện cho Miền Nam ñánh giặc Mỹ thì một vấn ñề ñược Nhà nước quan tâm ñặc biệt ñó là làm thủy lợi phục vụ cho nông nghiệp. Việc khơi thông dòng chảy chống úng lụt, việc ñào thêm hệ thống sông nội ñồng ñể phục vụ tưới tiêu là rất cần thiết. Tầu cuốc HB16 ñược ra ñời trong giai ñoạn này, Tầu HB16 ñược Nhà máy cơ khí Duyên Hải sản xuất theo thiết kế của Liên Xô cũ. Tính năng chủ yếu của tầu cuốc HB16 là tầu hút bùn chuyên dụng, dùng ñể nạo vét lòng sông khơi thông dòng chảy phục vụ cho ngành thủy lợi. Khi thi công nạo vét lòng sông, Bơm bùn trên tầu hút dung dịch bùn ñất do cụm dao xới xới bùn, ñất dưới lòng sông chuyển lên bể lắng ở trên bờ thông Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 3. qua hệ thống ñường ống. Dung dịch bùn ñất ñược hút lên còn sử dụng ñể san lấp mặt bằng, cải tạo ñồng ruộng … 1.1.2. Ứng dụng công nghệ ñiều khiển giám sát trong vận hành Tầu cuốc Khi sử dụng Tầu cuốc thi công nạo vét bùn, ñất, cát… dưới lòng sông, hồ hoặc cảng biển…người vận hành không thể nhìn thấy quá trình lấy ñất diễn ra ở dưới nước, các hành trình chuyển ñộng của các thiết bị trên tầu người vận hành cũng không quan sát hết ñược. Vì vậy, ứng dụng công nghệ ñiều khiển giám sát trong vận hành Tầu cuốc mạng lại hiệu quả rất cao trong thi công nạo vét bằng tầu cuốc. Hiện nay, việc ứng dụng công nghệ ñiều khiển giám sát trong vận hành Tầu cuốc ñã ñược áp dụng với các tầu hiện ñại mới sản xuất như tầu Argonaut, tầu Antigoon do hãng IHC Merwede của Hà Lan sản xuất. Hệ thống ñiều khiển hành trình thi công của Tầu HB16 hiện nay là sử dụng các công tắc ñóng cắt bằng tay, chưa ñược áp dụng công nghệ tự ñộng ñiều khiển giám sát. 1.2. Nhu cầu sử dụng Tầu cuốc (Tầu hút bùn) 1.2.1. Trên thế giới Khi xem xét nhu cầu sử dụng tầu hút bùn của một ñất nước hay khu vục nào ñó trên thế giới, ta cần chú ý tới ñặc ñiểm ñịa lý của ñất nước ñó, khu vực ñó. Một số nước có nhu cầu sử dụng nhiều ñến Tầu hút bùn và có ngành công nghiệp ñóng tầu hút bùn ñó là Hà Lan, Pháp, Nhật Bản …bởi các nước này có nhiều cảng biển và hệ thống sông ngòi dày ñặc. Các tàu có công suất lớn trên 1000 m 3 /h thường ñược sử dụng trong việc nạo vét cảng biển, các tàu có công suất nhỏ hơn 1000 m 3 /h thường ñược sử dụng trong công tác nạo vét sông ngòi. [...]... chính trong vi c tri n khai ñ tài - Nghiên c u ng d ng t ñ ng hóa vào vi c t ñ ng hành trình c a T u Cu c HB16 - Kh o sát các ñi m ño : l a ch n các c m bi n s d ng cho h th ng - Nghiên c u thi t b ñi u khi n quá trình Nghiên c u ph n c ng và ph n m m SIMATIC S7 – 300, ph n m m giao di n ñi u khi n WINCC c a hãng SIEMENS Nghiên c u th c nghi m : Xây d ng chương trình ph n m m giám sát WinCC t ñ ng... c ñ m b o ñáy thi t k cu công trình không cao Vi c ng d ng t ñ ng hóa vào ñi u khi n hành trình c a T u Cu c s kh c ph c ñư c các như c ñi m trong ñi u khi n b ng tay ñ c bi t s gi m ñư c nhân công lao ñ ng trong m t ca và tăng năng xu t, gi m th i gian th c hi n công trình kh n c p c a qu c gia Vì v y, vi c nghiên c u, áp d ng t ñ ng hóa vào quá trình v n hành T u Cu c HB16 là r t c n thi t và ñáp... c, khi d ng thi công thì trình t làm ngư c l i nhưng khi nâng c n phay lên cách m t nư c 1 mét thì d ng l i 2 phút ñ hút nư c tr ng r a ñư ng ng r i m i ñưa c n phay lên kh i m t nư c Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t 16 Hình 2.5: Mô ph ng hành trình d ch chuy n c a T u HB16 trong thi công 2.2.4.Tính toán hành trình d ch chuy n c a mô hình t u HB16: V i ñáy sông c n thi... ngư i th v n hành cho ð ng cơ t i biên ch y nhanh hơn Khi k t thúc ca làm vi c, khi d ng thi công thì trình t làm ngư c l i nhưng khi nâng c n phay lên cách m t nư c 1 mét thì d ng l i 2 phút ñ hút nư c tr ng r a ñư ng ng r i m i ñưa c n phay lên kh i m t nư c 2.2 Kh o sát mô hình T u cu c HB16 2.2.1 Gi i thi u v mô hình T u cu c HB16 Mô hình T u cu c HB16 có kích thư c thu nh b ng 1/10 T u HB16, v i... giám sát WinCC t ñ ng cho h th ng trên n n h thi t b ñi u khi n logic kh trình (PLC S7 – 300) Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t 5 Chương 2: KH O SÁT TH C TR NG C A T U CU C HB16 2.1 Kh o sát thông s k thu t và quy trình công ngh T u cu c HB16 2.1.1 Thông s k thu t c a T u cu c HB16 Hình 2.1 : Hình nh T u HB16 ñang thi công a/ T u ñư c k t c u b i 2 phao ph và m t phao chính:... khi n, giám sát theo yêu c u công ngh 2.3.1 Các ñi m c n giám sát: ði u khi n, giám sát hành trình c a T u cu c HB16 trong khi t u thi công chính là ñi u khi n giám sát các t i qu n và x cáp t i bao nhiêu mét Khi T u d ch chuy n theo hành trình ngang sông bao nhiêu mét ñ n o vét b r ng c a ñáy sông cũng chính là quá trình t i biên trái và t i biên ph i qu n và x tương ng bao nhiêu mét cáp Khi T u d ch... trình công ngh v n hành Mô hình t u qu c HB16 ð t t u vào v trí chính gi a m t sàn : Chi u dài công trình: 1000mm Chi u r ng dáy thi t k : b = 1000mm Chi u sâu h c n: hi = 250mm Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t 14 M1-ñ ng cơ th thư c ño ñ sâu; M 2-T i nâng h c n phay; M 3- ð ng cơ phay ñ t; M 4- T i biên trái; M5- T i biên ph i; M 6- T i ñuôi; M7- T i chính di n Quy trình. .. ñóng th công, năng su t th p, vi c ñ m b o ch t lư ng công trình ñ t không cao Vì v y c n có s quan tâm hơn n a cho ngành th y l i, ñ u tư cho thi t b ph c v n o vét … Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t 4 1.3 Cơ s khoa h c và tính th c ti n c a ñ tài 1.3.1 Tính c p thi t c a ñ tài Trong quá trình thi công, hành trình d ch chuy n c a T u d a vào h th ng t i ñi n ñư c ñi... c n: Kí hi u DK51-6 Công su t: P = 2,8Kw ði n áp ∆/Y = 220/380 T cñ : n = 950 vòng/phút H s công su t: cosφ= 0,78 2.1.3 Quy trình công ngh v n hành t u qu c Trư c khi thi công, ngư i công nhân v n hành t u ph i tìm hi u v hi n nơi t u ñ n thi công m t s v n ñ : chi u dài công trình, chi u r ng dáy thi t k , chi u sâu l p ñ t c n l y, ch t ñ t, b l ng, ñ a hình [6]… Thi công m t c t ñ u tiên: ch l y... mét Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t 6 b/ Ca bin ñi u khi n Là nơi ngư i v n hành ñi u khi n T u trong quá trình thi công n o vét lòng sông Trong ca bin ñi u khi n có t ñi n ñi u khi n, nơi ñ t các thi t b ñi n ñ ñi u khi n các ñ ng cơ, h th ng ñi n ph c v cho quá trình thi công c/ Dàn phay: là nơi ñ ñ và ñ nh v các thi t b như: tr c c n phay, c m dao x i, ñư ng ng hút . Tầu cuốc HB16 8 2.1.3.Quy trình công nghệ vận hành tầu quốc 9 2.2. Khảo sát mô hình Tầu cuốc HB16 10 2.2.1. Giới thiệu về mô hình Tầu cuốc HB16 10 2.2.2. Trang bị ñiện mô hình Tầu cuốc HB16. Nghiên cứu giải pháp tự ñộng hành trình của Tầu cuốc HB16 ” Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 2. Chương 1: TỔNG QUAN VỀ TẦU CUỐC VÀ HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN TRÊN TẦU. 1 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ TẦU CUỐC VÀ HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN TRÊN TẦU CUỐC 2 1.1 .Tầu cuốc và ứng dụng của Tầu cuốc 2 1.1.1. Lịch sử hình thành và sự ra ñời của Tầu cuốc 2 1.1.2. Ứng dụng công