Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển cho máy quấn sợi dùng PLC s7 300

Bộ phận kéo dài ñể kéo sợi thô có ñường kính lớn thành sợi con có ñường kính nhỏ hơn nhưng chưa có ñộ săn, sau khi qua bộ phận kéo dài sợi sẽ ñược quấn vào quả sợi.. Bộ phận thành hình m

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

-


     -

ðẶNG VĂN HỮU

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN

CHO MÁY QUẤN SỢI DÙNG PLC S7-300

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành : ðiện khí hóa SX Nông nghiệp và Nông thôn

Người hướng dẫn: PGS.TS PHAN XUÂN MINH

HÀ NỘI - 2012

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và hoàn toàn chưa hề ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào

Tôi cam ñoan rằng, mọi sự giúp ñỡ ñể thực hiện luận văn này ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñược chỉ rõ nguồn gốc

Tác giả luận văn

ðặng Văn Hữu

LỜI CẢM ƠN

để hoàn thành luận văn này tôi ựã nhận ựược sự hướng dẫn rất nhiệt tình của cô giáo PGS.TS Phan Xuân Minh cùng với những ý kiến ựóng góp quý báu của các thầy giáo, cô giáo Bộ môn Tự động Hóa cũng như các thầy giáo, cô giáo Khoa cơ ựiện, Viện đào tạo Sau ựại học của Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tới những sự giúp ựỡ quý báu ựó

Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Cao ựẳng dệt may Nam định Vinatext, Công ty cổ phần Nam Long Bitextco Thái Bình ựã tạo ựiều kiện cho tôi trong việc thu thập số liệu và những thông tin cần thiết cho việc nghiên cứu luận văn

Tôi xin bày tỏ sự biết ơn chân thành tới gia ựình, ựồng nghiệp và bạn

bè những người ựã luôn bên tôi giúp ựỡ về vật chất cũng như tinh thần trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn

Thái Bình, ngày 10 tháng 4 năm 2012

Tác giả

đặng Văn Hữu

MỤC LỤC

CHƯƠNG II: PHÁT BIỂU BÀI TOÁN ðIỀU KHIỂN VÀ GIẢI PHÁP

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN BẰNG PLC S7 - 300 42

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1: Quan hệ giữa tốc ñộ và chiều dài của sợi do người vận hành cài ñặt .18

Bảng 2.2: Các thông số do người vận hành nhập cho máy 40

Bảng 3.1: Bảng ñấu nối vào/ra giữa thiết bị quá trình và PLC 43

Bảng 3.2:Các biến chính ñược sử dụng trong chương trình 46

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Phễu dẫn sợi thô 5

Hình 1.2 : Bộ kéo dài 3/3 6

Hình 1.3: Bộ phận hút ñầu mối 7

Hình 1.4: Nguyên lý tạo săn 8

Hình 1.5: Bản cách sợi 9

Hình 1.6: Bộ phận ñiều khiển thanh cầu 10

Hình 1.7: Bộ phận truyền chuyển ñộng ñến cọc sợi từ trục chính qua dây xăng 11

Hình 1.8: Sơ ñồ ñộng của máy sợi con 12

Hình 1.9 : ðộng cơ trục chính 13

Hình 1.10 : ðộng cơ bơm dầu 13

Hình 1.11: ðộng cơ vệ sinh 14

Hình 1.12 : Vị trí của các sensor tương ứng với chiều cao quả sợi 15

Hình 1.13 : Các cảm biến tiệm cận 15

Hình 2.1 : ðồ thị quan hệ giữa tốc ñộ và chiều dài của sợi 17

Hình 2.2: Cấu trúc ñiều khiển ñộng cơ trục chính 18

Hình 2.3: Cấu trúc của biến tần M440 20

Hình 2.4: Cấu trúc bộ ñiều khiển PID của M440 21

Hình 2.5 : Lưu ñồ cài ñặt các thông số cho biến tần 22

Hình 2.6 : Các thông số ñộng cơ ñược biến tần tính toán tự ñộng 28

Hình 2.7 : ðặc tính từ hóa ñộng cơ ñược tính toán tự ñộng 29

Hình 2.8 : Cài ñặt cho bộ biến ñổi ADC của biến tần 30

Hình 2.9 Lưu ñồ chương trình chính 33

Hình 2.10 Lưu ñồ bước 1, kiểm tra ñiều kiện và khởi ñộng máy 34

Hình 2.11 Lưu ñồ bước 2, ñưa thanh cầu về vị trí bắt ñầu quấn sợi 35

Hình 2.12: Lưu ñồ bước 3, ñiều khiển ñộng cơ bơm dầu, ñiều chỉnh tốc ñộ ñộng cơ trục chính, tính toán các thông số 36

Hình 2.13 Lưu ñồ bước 4, hạ cầu, dừng và hãm ñộng cơ trục chính, bật ñèn ñỏ 37

Hình 2.14 Lưu ñồ bước 5, kiểm tra ñiều kiện dừng máy hay chạy tiếp 38

Hình 2.15 Lưu ñồ ngắt timer 200ms, gửi tín hiệu ñặt và phản hồi tốc ñộ ra

biến tần 39

Hình 2.16 Lưu ñồ ngắt thời gian 1 phút, tính chiều dài sợi ñã quấn 39

Hình 3.1: Cấu hình phần cứng 45

Hình 3.2: Thiết lập cho ñầu ra tương tự 45

Hình 3.3: Các khối trong chương trình 46

Hình 3.4: Chương trình của khối FB11 50

Hình 3.5: Chương trình của khối OB100 51

Hình 3.6: Chương trình của khối OB100 tiếp theo 52

Hình 3.7: Chương trình của khối OB1 53

Hình 3.8: Chương trình của khối FC1 53

Hình 3.9: Chương trình của khối FC2 54

Hình 3.10: Chương trình của khối FC3 54

Hình 3.11: Chương trình của khối FC3 tiếp theo 55

Hình 3.12: Chương trình của khối FC6, tính toán 56

Hình 3.13: Chương trình của khối FC4 57

Hình 3.14: Chương trình của khối FC5 58

Hình 3.15: Chương trình ngắt thời gian 1 phút ñể tính ñộ dài sợi 58

Hình 3.16: Chương trình ngắt thời gian 200 ms ñể gửi tín hiệu tốc ñộ ñặt và tốc ñộ phản hồi ra biến tần 59

Hình 3.17: Chương trình ngắt thời gian 200 ms ñể gửi tín hiệu tốc ñộ ñặt và tốc ñộ phản hồi ra biến tần, tiếp theo 60

Hình 3.18: Chương trình nút dừng khẩn cấp 61

Hình 3.19: Các tag cần thiết có ñịa chỉ ñược gắn với khối DB19 của chương trình Simatic 62

Hình 3.20: Tạo 3 màn hình giao diện 63

Hình 3.21: Giao diện màn hình chính hiển thị các thông số 63

Hình 3.22: Giao diện màn hình cài ñặt thông số tốc ñộ 64

Hình 3.23: Giao diện màn hình cài ñặt thông số sợi với các IO field là Input ñược nhập vào khối DB19 64

LỜI NÓI ðẦU

Ngày nay ngành tự ñộng hoá phát triển tới trình ñộ cao nhờ sự phát triển của khoa học kỹ thuật nói chung và ñiều khiển tự ñộng hóa nói riêng Những thành tựu rực rỡ của nó ñã làm thay ñổi bộ mặt của thế giới, góp phần nâng cao năng suất lao ñộng, giảm chi phí sản xuất

Với thời gian và trình ñộ có hạn, ñiều khiển tự ñộng hóa là một lĩnh vực rất sâu rộng và hiện ñại do ñó nội dung của bản luận văn chắc chắn không tránh khỏi thiếu sót, khiếm nhã Kính mong ñược sự góp ý, sửa ñổi, bổ sung của các thầy cô và ñồng nghiệp ñể luận văn ñược hoàn thiện hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Tác giả!

MỞ ðẦU

1 Mục tiêu, nội dung nghiên cứu của ñề tài

Hiện nay, trang thiết bị trong các nhà máy dệt, sợi ở các khu công nghiệp của tỉnh Thái Bình ña số các thiết bị ñược nhập từ nước ngoài Hệ thống ñiều khiển của các máy sợi con sử dụng ña dạng PLC của các hãng như PLC Fanuc, Siemens S5, S7-200, S7-300, Mitsubishi,… Các chương trình ñiều khiển ñược các hãng cung cấp ñi kèm thiết bị Nên khi bộ ñiều khiển bị hỏng cần phải thay thế thì phải mua thiết bị kèm theo chương trình nên giá thành rất cao Do ñó việc tìm hiểu công nghệ

ñể có thể thiết kế chương trình ñiều khiển cho máy là rất quan trọng vì như vậy sẽ tiết kiệm ñược chi phí thay thế PLC khi có hỏng hóc

Hiểu rõ ñược tầm quan trọng của việc thiết kế hệ thống ñiều khiển cho máy sợi con, ñược sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS PHAN XUÂN MINH, tác giả ñã lựa chọn ñề tài :

Nghiên cứu thiết kế hệ thống ñiều khiển cho máy quấn sợi dùng PLC

S7-300

- Cơ sở khoa học và thực tiễn của ñề tài:

Kỹ thuật ñiều khiển logic

Phương pháp thiết kế phần mềm ñiều khiển trền nền STEP 7

Thiết bị ñiều khiển khả trình PLC S7-300 của Siemens

Máy cuốn sợi tại nhà máy

- Mục ñích của ñề tài (các kết quả cần ñạt ñược):

Thiết kế chương trình ñiều khiển cho máy sợi con trên nền STEP 7

- Nội dung của ñề tài, các vấn ñề cần giải quyết:

Tìm hiểu cấu tạo và hoạt ñộng của máy sợi con và phát biểu các bài toán ñiều khiển

Tìm hiểu các thiết bị cảm biến và thiết bị chấp hành trang bị cho máy sợi con

Lựa chọn giải pháp kỹ thuật

Thiết kế phần mềm ñiều khiển

Mô phỏng kiểm chứng phần mềm thiết kế trên nền PLC SIM và

WinCC

2 Phương pháp nghiên cứu và cấu trúc của luận văn

ði từ tìm hiểu thực tế, cụ thể là tìm hiểu hoạt ñộng của máy sợi con, các thiết quá trình và từ các yêu cầu công nghệ của máy phát biểu bài toán ñiều khiển Dựa trên các hiểu biết về ñiều khiển logic, giải pháp kỹ thuật và kỹ thuật lập trình cho PLC lựa chọn cấu hình hệ thống ñiều khiển và viết chương trình ñiều khiển

Với nội dung như trên, luận văn ñược cấu trúc như sau:

1 Chương 1: Tổng quan

2 Chương 2: Phát biểu bài toán ñiều khiển và giải pháp thiết kế

3 Chương 3: Thiết kế phần mềm ñiều khiển trên nền STEP 7 và mô phỏng kiểm chứng

4 Chương 4: Kết luận

Phần cuối của luận văn là phụ lục và danh mục tài liệu tham khảo

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu về nhà máy

Công ty cổ phần BITEXCO Nam Long ( tên trước ñây: C.ty SXKD - XNK Bình Minh ) ñược thành lập từ năm 1993 chuyên sản xuất khăn tay bông xuất khẩu

Ban ñầu công ty chỉ có một xưởng dệt với các máy dệt ATM (dệt thoi) lạc hậu,

xưởng tẩy nhuộm với công nghệ nhuộm thủ công Sợi dùng ñể dệt khăn phải nhập

từ các tỉnh trong nước

ðến nay công ty ñã phát triển lớn mạnh với các thiết bị hiện ñại, dây chuyền sản xuất khép kín từ ñầu vào là các bông thô và ñàu ra là các loại khăn tay bông ñủ tiêu chuẩn ñể xuất khẩu sang các nước Châu Á, Châu Âu,…

Hiện tại công ty có:

- 01 nhà máy sợi với các thiết bị hiện ñại ñược nhập về từ các nước Anh, ðức, Mỹ, Tiệp, Hàn Quốc, Trung Quốc … với trên 100 máy các loại

- 01 nhà máy dệt

- 01 nhà máy tẩy nhuộm

- 01 nhà máy may

Ngoài ra công ty còn phát triển kinh doanh ña nghành nghề như :

- Xây dựng nhà máy sản xuất nước sạch cung cấp cho các hộ gia ñình, các nhà máy trong tỉnh; 01 nhà máy nước tại tỉnh Hưng Yên

- ðầu tư góp vốn trong các dự án xây dựng các nhà máy nhiệt ñiện, thuỷ ñiện

- ðầu tư trong lĩnh vực xây dựng như: Xây dựng các khu chung cư …

Nhà máy sợi thuộc công ty cổ phần BITEXCO Nam Long hiện ñang có 29 máy sợi con các loại, trong ñó có 10 máy FA507A, 12 máy LB129, 07 máy F1520 sản xuất tại Trung Quốc với công nghệ hiện ñại hoạt ñộng mang tính tự ñộng hoá cao

1.2 Nguyên lý cấu tạo và làm việc của máy sợi con

1.2.1 Cấu tạo:

Về mặt công nghệ, máy sợi con ñược chia thành các bộ phận như sau :

Bộ phận ñưa nguyên liệu vào có nhiệm vụ ñưa sợi thô có ñường kính lớn vào máy

Bộ phận kéo dài ñể kéo sợi thô có ñường kính lớn thành sợi con có ñường kính nhỏ hơn nhưng chưa có ñộ săn, sau khi qua bộ phận kéo dài sợi sẽ ñược quấn vào quả sợi

Hệ thống hút bông tự ñộng sẽ hút các bông, bụi trong quá trình kéo sợi

Bộ phận xe sợi có nhiệm vụ xe sợi con nhỏ từ bộ phận kéo dài vào quả sợi và tạo ra ñộ săn nhất ñịnh cho sợi

Bộ phận thành hình máy kéo sợi con dùng ñể ñiều khiển hệ thống cọc sợi chạy lên xuống ñể sợi ñược quấn ñều vào quả sợi

Bộ phận ñưa nguyên liệu vào :

Hình 1.1: Phễu dẫn sợi thô

Bao gồm giá treo sợi thô và phễu dẫn sợi thô

Giá treo sợi thô, có tác dụng nâng ñỡ ống sợi thô tạo ñiều kiện thuận lợi ñể sợi thô ñược tở ra dễ dàng, dẫn hướng cho sợi thô ñi vào bộ phân kéo dài tránh gây kéo dãn Sợi thô từ các ống ñược ñưa vào bộ phận kéo dài của máy

Phễu dẫn sợi thô có nhiệm vụ khống chế chuyển ñộng của xơ làm tăng ma

sát giữa xơ với xơ, thường là ống hình côn, tiết diện bên trong phụ thuộc vào bề dày của dải xơ kéo qua Vật liệu chế tạo có thể bằng thép hoặc bằng chất dẻo ñược lắp

trên thanh rê

Bao gồm 3 cặp suốt, suốt kim loại 1, 2, 3 tương ứng phía trên có 3 suốt cao

su ép vào suốt kim loại nhờ bộ phận ép Sợi thô ñi vào cặp suốt 3 có vận tốc nhỏ v3 sau ñó ñi qua cặp suốt 2 có vận tốc v2 lớn hơn và ñược kéo dãn thêm một lần nữa khi ñi qua cặp suốt 1 có vận tốc v1 lớn

Hình 1.2 : Bộ kéo dài 3/3

Có thể phân loại bộ kéo dài theo suốt loại 3 suốt, loại 4 suốt hoặc phân loại kéo dài theo công suất kéo dài, ñộ kéo dài thấp, ñộ kéo dài trung bình, ñộ kéo dài cao và ñộ kéo dài cực cao

Bộ phận này hoạt ñộng ñược là nhờ hệ thống bánh răng truyền ñộng từ ñộng

cơ trục chính lên cho 3 suốt, ñược gọi là suốt trước, suốt giữa và suốt sau và 3 suốt này quay với tốc ñộ khác nhau

Hệ thống hút bông tự ñộng:

Hệ thống hút bông tự ñộng có nhiệm vụ hút bông, bụi nhằm nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm Trong quá trình khi sợi chạy từ bộ phận kéo dài tới quả sợi có bông bay bụi bẩn bám trên sợi trong quá trình sợi chạy Khống chế ñộ ñứt sợi ở công ñoạn phía sau Giữ lại ñầu mối khi ñứt sợi ñể tránh hiện tượng ñứt lan Tạo ra một môi trường làm việc trong sạch nhằm nâng cao sức khoẻ cho người

công nhân

Hình 1.3: Bộ phận hút ñầu mối

1 Ống gió chính 5 Hòm chứa xơ ngắn và tạp chất

2 Ống gió ngang 6 Lưới chắn bụi

nồi, do nhận chuyển ñộng từ cọc thông qua ñoạn từ ống sợi ñến khuyên Sau mỗi vòng quay của khuyên trên vành nồi sợi nhận ñược 1 vòng xoắn Tuỳ theo chiều quay của mômen xoắn mà sợi có hướng xoắn trái hoặc hướng xoắn phải

Hình 1.4: Nguyên lý tạo săn

Các chi tiết tham gia vào quá trình tạo săn :

Khuyên:

Khuyên là chi tiết rất nhỏ nhưng rất quan trọng của máy kéo sợi con Khuyên có

nhiệm vụ tham gia vào quá trình xe săn và quấn ống Khuyên ñược lắp trên vành nồi

Khi làm việc khuyên chuyển ñộng trên vành nồi với vận tốc cực lớn Lực căng của sợi và ñộ ñứt sợi phụ thuộc vào rất nhiều vào khối lượng và chất lượng khuyên Vì vậy mà yêu cầu phải cứng nhẵn, có hình dạng phù hợp với nồi, chịu ñược vận tốc lớn Trong quá trình chuyển ñộng không ñược văng ra ngoài Khuyên phải chịu ñược ñộ mài mòn lớn và có khả năng thoát nhiệt cao

Cọc sợi :

Cọc sợi là bộ phận chủ yếu trong cơ cấu xe săn và quấn ống trên máy sợi

con, cọc cùng với các chi tiết khác thực hiện quá trình xe săn và quấn ống

Trong quá trình làm việc cọc quay với vận tốc rất lớn, với máy kéo sợi con hiện tại tốc ñộ cọc có thể ñạt tới 17.000 v/ p Trên thân cọc có lắp ñặt puly nhận chuyển ñộng từ ñĩa dây xăng thông qua qua dây xăng làm cho cọc quay

Bản cách sợi:

Hình 1.5: Bản cách sợi

ðược chế tạo bằng nhựa bề mặt nhẵn ñể tránh xù lông sợi không ñứt sợi bản cách sợi ñược lắp ở trên cầu ngăn cách các cọc sợi với nhau Khi máy làm việc khuyên mang sợi chuyển ñộng quanh vành nồi sẽ tạo ra trong không gian một vòng khí ba lông, ñể tránh các vòng khí ba lông này va chạm vào nhau gây ñứt sợi người

ta lắp bản cách sợi trên thành cầu trên nhằm tăng số lượng cọc rút ngắn diện tích lắp

ñặt và hiện tượng ñứt sợi trên máy

Bộ phận ñiều khiển thanh cầu :

Bộ phận này nằm ở phía ñuôi máy, có nhiệm vụ ñiều khiển hệ thống cọc sợi lên xuống theo một ñộng trình nhất ñịnh nhờ 1 Cam có bán kính thay ñổi, do vậy sợi có thể ñược quấn vào ống từ dưới lên trên Cam này nhận truyền ñộng từ ñộng

cơ trục chính

Ngoài ra khi bắt ñầu quấn sợi thì bộ phận này có nhiệm vụ ñưa hệ thống cọc sợi

về vị trí bắt ñầu quấn sợi và khi quả sợi ñã ñầy bộ phận này sẽ hạ hệ thống cọc xuống ñiểm thấp nhất ñể tiến hành ñổ sợi ðộng cơ nâng hạ cầu sẽ làm nhiệm vụ này

Hình 1.6: Bộ phận ñiều khiển thanh cầu

Z18 : Bánh răng gai 7 Puli kéo xích

1.2.2 Nguyên lý làm việc của máy sợi con

Truyền ñộng ñến cọc sợi:

Có nhiều phương pháp truyền chuyển ñộng ñến cọc sợi Các máy sợi con hiện nay chủ yếu sử dụng phương pháp truyền ñộng puly dây xăng truyền ñộng cho một nhóm 4 cọc sợi

Dây xăng nhận truyền ñộng từ trục chính và truyền cho từng nhóm 4 cọc sợi

Hình 1.7: Bộ phận truyền chuyển ñộng ñến cọc sợi từ trục chính qua dây xăng

Nguyên tắc ñiều chỉnh ñường kính và ñộ săn của sợi:

Trong ñó ñể ñiều chỉnh ñường kính của sợi bộ phận kỹ thuật sẽ thay ñổi các bánh răng Z9, Z10 và Z11 Tức là ñiều chỉnh tỉ lệ giữa tốc ñộ sợi giữa ñầu ra và ñầu vào của bộ phận kéo dài Và ñề ñiều chỉnh ñộ săn của sợi cần thay ñổi các bánh răng Z1, Z2 và Z3 Tức là ñiều chỉnh tỉ lệ giữa tốc ñộ của suốt trước và tốc ñộ của cọc sợi

Khi máy làm việc ñộng cơ (M) có ñiện quay vì cùng trục nên pu ly (D1)quay thông qua dây ñai làm cho puly (2) quay trục chính (T) lắp chặt với (D2)quay theo khi trục chính T quay thông qua dây xăng làm cho cọc hai bên mặt máy quay

Khi trục chính (T) quay puly (D3) lắp chặt với trục chính (T) nên quay thông qua dây ñai răng ngựa làm cho puly (D4 quay theo do ăn khớp vưói (Z4)quay vì trục (Z19) quay do ăn khớp (Z20, Z21), quay và làm cho suốt kim loại (1) quay

Hình 1.8: Sơ ñồ ñộng của máy sợi con

Khi (Z4)quay vì cùng trục nên (Z5)quay theo do ăn khớp (Z6)quay vì cùng trục nên (Z7 )quay do ăn khơp với (Z8)quay vì cùng trục (Z9) quay nên (Z10)quay vì cùng trục (Z11)quay do ăn khớp (Z12,Z13, Z14), quay vì cùng trục với (Z15) quay và cũng chính là làm cho suốt kim loại (3) quay

Khi (Z15)quay do ăn khớp với (Z16) vì cùng trục (Z17) do ăn khớp (Z18)quay

và làm cho suốt kim loại (2) quay

Khi (Z5) quay do ăn khớp với (Z22) quay vì cùng trục nên (Z23)quay do ăn khớp vưói (Z24) quay vì cùng trục (D8) quay thông qua dây ñai D9 quay vì cùng trục nên trục nên trục vít (1) quay do ăn khớp nên (Z25)quay vì cùng trục nên cam (2) quay Khi cam quay ñiều kiển cầu lên xuống theo một ñộng trình nhất ñịnh

1.2.3 Các thiết bị quá trình của máy kéo sợi con

ðộng cơ trục chính :

ðộng cơ không ñồng bộ 3 pha, rô to lồng sóc ðộng cơ này truyền chuyển ñộng

qua hệ thống buli dây ñai và các bánh răng truyền ñộng cho toàn bộ hệ thống trục chính, các suốt, cọc sợi, nâng lên hạ xuống của cầu theo chuyển ñộng quay của Cam

Hình 1.9 : ðộng cơ trục chính

ðộng cơ quạt hút :

ðộng cơ không ñồng bộ 3 pha, rô to lồng sóc, ñông cơ này sẽ hoạt ñộng hoàn toàn ñộc lập với hệ thống, chỉ có nhiệm vụ hút bông và tham gia tạo ñộ săn cho sợi

vì vậy không cần ñiều chỉnh tốc ñộ

ðộng cơ bơm dầu :

ðộng cơ này có nhiệm vụ sau mỗi thời gian sẽ tự ñộng bơm dầu nhỏ vào các bánh răng làm bôi trơn hệ thống truyền ñộng bánh răng của ñầu máy

Hình 1.10 : ðộng cơ bơm dầu

Các cảm biến ño tốc ñộ :

ðể ño tốc ñộ ñộng co trục chính và các suốt 1, 3 sẽ cần ñến 3 encoder Các encoder này ñược gắn sát vào các trục cần ño tốc ñộ và có ñộ phân giải là 1024 xung/vòng

ðộng cơ vệ sinh :

ðộng cơ không ñồng bộ 3 pha, rô to lồng sóc này liên tục chạy qua chạy lại dọc theo thanh ray phía trên thân máy, có ống hút thả xuống phía thân máy ñể hút các sợi ñứt, bụi bông ðộng cơ này cũng không cần ñiều chỉnh tốc ñộ và có thể dừng và chạy ñộc lập với hệ thống

Hình 1.11: ðộng cơ vệ sinh

Các thiệt bị quá trình phía ñuôi máy :

Gồm ñộng cơ nâng hạ cầu, các sensor tiệm cận, công tắc hành trình, bộ phanh trục chính, cơ cấu Cam, xích kéo cầu, xích hạ cầu, xích cuộn cầu, ñòn gánh cầu, cá ñẩy cầu, ñối trọng thanh cầu và các bộ phận cơ khí khác

Các sensor tiệm cận : SQ2, SQ3, SQ4, SQ5, SQ6

SQ2: Tín hiệu báo hạ cầu xuống ñiểm thấp nhất

SQ3: Tín hiệu báo cầu ñã ñến ñiểm bắt ñầu quấn sợi

SQ4: Tín hiệu báo cầu lên ñiểm cao nhất

SQ5: Tín hiệu báo Cam quay ñến vị trí có ñường kính lớn nhất, dừng ñộng cơ trục

chính và chuẩn bị hãm

Thanh ray của hệ thống vệ sinh

ðộng cơ vệ sinh

SQ6: Tín hiệu báo hãm điện từ

Hình 1.12 : Vị trí của các sensor tương ứng với chiều cao quả sợi

Hình 1.13 : Các cảm biến tiệm cận

ðộng cơ nâng hạ cầu :

ðây là động cơ xoay chiều 3 pha, khi quả sợi đầy (SQ4 tác động), động cơ này sẽ quay thuận hạ nhả dây xích hạ tồn bộ thanh cầu xuống điểm thấp nhất (SQ2 tác động) và động cơ trục chính dừng Sau khi tiến hành tháo quả sợi đầy và lắp cọc sợi để quấn mới thì động cơ này sẽ quay ngược lại, kéo dây xích làm thanh cầu

SQ3

SQ2 Tấ m đỡ lõ i con suố t

nâng lên ựến ựiểm bắt ựầu kéo sợi (SQ3 tác ựộng) thì ựộng cơ nâng hạ cầu dừng

đèn ựỏ báo máy ựang ở trạng thái dừng khẩn cấp

đèn xanh báo máy vừa bắt ựầu quấn sợi, chiều dài L còn ngắn

đèn vàng báo quả sợi ựã sắp ựầy

đèn ựỏ báo quả sợi ựã ựầy

1.3 Kết luận chương 1

Chương 1 giới thiệu các bộ phận cấu tạo của máy sợi con, nguyên lý hoạt ựộng của máy, ựiều chỉnh nâng hạ các quả sợi theo chu trình, cách thức ựiều chỉnh ựường kắnh và ựộ săn của sợi con Ngoài ra chương này cũng liệt kê các thiết bị quá

trình cần thiết liên quan ựến việc thiết kế hệ thống ựiều khiển hoạt ựộng của máy

CHƯƠNG II: PHÁT BIỂU BÀI TOÁN ðIỀU KHIỂN

VÀ GIẢI PHÁP THIẾT KẾ

2.1 ðiều khiển tốc ñộ quấn sợi thay ñổi theo chiều dài L

2.1.1 Quy luật ñiều khiển

ðộng cơ trục chính là ñộng cơ 3 pha công suất lớn 30 KW, truyền ñộng tới hầu hết các bộ phận chuyển ñộng của máy, sẽ có nhiệm vụ ñiều chỉnh tốc ñộ thay ñổi tương ứng với các số liệu do người vận hành cài ñặt, bao gồm tốc ñộ khi khởi ñộng quá trình kéo sợi, chiều dài L1 ñộng cơ chạy với tốc ñộ 1, chiều dài L2 ñộng

cơ chạy với tốc ñộ 2, chiều dài L3 ñộng cơ chạy với tốc ñộ 3…và tốc ñộ khi hoàn thành quá trình kéo sợi ðồng thời ñể ñảm bảo khi hành trình hạ cầu tác ñộng thì khi dừng thì trục chính cũng phải dừng ngay thì cần phải có bộ phận hãm trục chính

Hình 2.1 : ðồ thị quan hệ giữa tốc ñộ và chiều dài của sợi

Các thông số về tần số tương ứng với tỉ lệ phần trăm ñộ dài của sợi là do người vận hành cài ñặt vào PLC thông qua PC

0 10 20 40 60 80 95 100

10 25 40 55 70 85 95 100

L/T S

PC PLC BiÕn tÇn Motor

Encoder

D/A

V V

(sv) (pv)

Dưới ñây là ví dụ về một bảng thông số tốc ñộ ñược cài ñặt cho PLC Trong

ñó STT là số thứ tự của thông số ñược cài vào PLC, L/T là tỉ lệ phần trăm chiều dài của sợi, S là tỉ lệ giữa tần số cài ñặt và tần số lớn nhất

Bảng 2.1: Quan hệ giữa tốc ñộ và chiều dài của sợi do người vận hành cài ñặt

2.1.2.Cấu trúc ñiều khiển

ðộng cơ trục chính sẽ ñược ñiều khiển theo sơ ñồ cấu trúc như sau:

Hình 2.2: Cấu trúc ñiều khiển ñộng cơ trục chính

Biến tần sử dụng ở ñây là loại Micromaster M440 của hãng Siemens công suất 30Kw, có chức năng ñiều khiển PID, tín hiệu ñặt và tín hiệu phản hồi có thể tuỳ chọn Cụ thể trong trường hợp này sẽ sử dụng tín hiệu ñầu vào ñiện áp tương tự làm tín hiệu ñặt và tín hiệu ñầu vào ñiện áp làm tín hiệu phản hồi

ðể ño ñược tốc ñộ của ñộng cơ làm tín hiệu phản hồi sẽ sử dụng enconder, tín hiệu của encoder là tín hiệu xung, do vậy ñầu ra của encoder này sẽ ñược ñưa

vào bộ ñếm tốc ñộ cao của PLC ñể tính toán và sau ñó truyền cho biến tần dưới dạng tín hiệu ñiện áp thông qua modul tương tự vào chân analog 2 của biến tần làm tín hiệu phản hồi Tốc ñộ ñặt cũng ñược PLC truyền cho biến tần dưới dạng ñiện áp thông qua modul tương tự vào chân analog 1 của biến tần Biến tần sẽ tính toán sai lệch và ñiều khiển tốc ñộ ñộng cơ theo bộ ñiều khiển PID có sẵn bên trong Các thông số của bộ PID này ñược biến tần tự ñộng chỉnh theo chế ñộ Auto Tune cho phù hợp với tải

ðể biến tần thường xuyên cập nhật ñược tín hiệu tốc ñộ ñặt và tốc ñộ phản hồi, PLC sẽ sử dụng ngắt Timer ñể sau mỗi khoảng thời gian rất nhỏ (200ms) PLC

sẽ truyền 2 tín hiệu này cho biến tần thông qua modul tương tự

2.1.3 Giới thiệu về biến tần M440

Các ñặc ñiểm chính :

• Lắp ñặt và cài thông số dễ dàng

• ðầu ra rơle và ñầu ra tín hiệu dòng ñiện 0 – 20 mA

• 6 ñầu vào cách ly số có thể chuyển ñổi ñược giữa PNP và NPN

• 2 ñầu vào tương tự :

o ADC1 : 0 - 10V, 0 – 20mA và -10V ñến +10V

o ADC2 : 0 – 10V, 0 - 20mA

• Có thể chọn luật ñiều khiển vec tơ hoặc v/f

• Tích hợp chức năng hãm ñộng năng hoặc lắp thêm ñiện trở hãm

• Dải công suất từ 0,12kW ñến 250kW

Hình 2.3: Cấu trúc của biến tần M440

Hình 2.4: Cấu trúc bộ ñiều khiển PID của M440

Bộ ñiều khiển PID có thể ñược cài ñặt dưới dạng P, I, PI hoặc PID bằng cách

sử dụng các thông số P2274, P2280 và P2285 ðể giới hạn trên và dưới giá trị ñầu

ra của bộ PID, biến tần sử dụng 2 thông số là P2291 và P2292 ðể tránh cho ñầu ra của bộ PID thực hiện bước nhảy quá lớn khi ñạt giá trị tới hạn trên và dưới, sử dụng

bộ tạo dốc có thời gian tăng và giảm tốc ñược cài ñặt trong P2293

2.1.4 Quá trình cài ñặt cho biến tần

Cài ñặt cho biến tần thực hiện theo lưu ñồ gồm các bước như sau:

o Kiểm tra dây nối, ñèn báo…

o Chuyển ñổi sang hệ thống ñiện 50Hz hoặc 60Hz bằng công tắc Switch trên phần cứng máy

DIP-o Cài ñặt nhanh một số thông số

Hình 2.5 : Lưu đồ cài đặt các thơng số cho biến tần

KÕt thĩc

Bắt đầu cài đặt

Chọn 50Hz hoặc 60Hz

Mômen quán tính của động cơ và tải đã biết hay chưa ?

Y N

Cài đặt nhanh các thông số

P0341 = ? P0342 = ? P0344 = ?

P0340 = 1

Mạch tương đương của động cơ đã biết hay chưa ?

Y N

Nhận dạng thông số

2.1.4.1 Quá trình cài ñặt nhanh:

ñịnh Mức ñộ ưu tiên truy cập các thông số

1: Standard : cho người dùng truy cập hầu hết các thông số

2: Extend : cho truy cập thêm một số chức năng như I/O

3: Expert : chế ñộ giành cho chuyên gia

1

Lược bỏ các thông số 0: Hiển thị tất cả các thông số 2: Chỉ hiển thị nhóm thông số về Inverter 3: Chỉ hiển thị nhóm thông số về Motor 4: Chỉ hiển thị nhóm thông số sensor tốc ñộ

0

Chọn cách cài ñặt các thông số 1: cài ñặt nhanh

30: cài theo giá trị mặc ñịnh nhà sản xuất

0

Chọn chuẩn Châu Âu/ Bắc Mĩ 0: Châu âu [kW], tần số mặc ñịnh 50Hz 1: Bắc Mĩ [hp], tần số mặc ñịnh 60Hz 2: Bắc Mĩ [kW], tần số mặc ñịnh 60Hz

0

Dạng mô men tải

0 : Mô men không ñổi (máy nén) 1: Mô men thay ñổi ( tải quạt gió, bơm…)

ðặt ñiện áp ñịnh mức cho ñộng cơ (V)

ðặt dòng ñiện ñịnh mức cho ñộng cơ (A)

ðặt cộng suất ñịnh mức cho ñộng cơ (kW)

ðặt cosPhi của ñộng cơ

ðặt hiệu suất của ñộng cơ

ðặt tần số ñịnh mức của ñộng cơ 50Hz

ðặt tốc ñộ ñịnh mức của ñộng cơ [rpm]

ðặt dòng ñiện từ hóa ñộng cơ (% P0305) 0: tự ñộng tính theo các thông số ñộng cơ Kiểu làm mát ñộng cơ

0: Tự làm mát 1: Làm mát cưỡng bức

4,5,6: qua các cổng truyền thông Lựa chọn tín hiệu ñặt tần số 2: Analog

3: Fixed 4,5,6: ñặt tần số qua các cổng truyền thông

z

Thời gian giảm tốc nhanh khi dừng bằng lệnh OFF3

5s

Chế ñộ ñiều khiển 0: v/f ñặc tính tuyến tính 2: v/f ñặc tuyến parabol 20: sensorless vector 22: sensorless vector torque control

0

Lựa chọn nguồn tín hiệu ñặt mô men 0: không ñặt

2: analog 4,5,6: qua các cổng truyền thông

1: nhận dạng và thay ñổi tất các thông số

cũ Tối ưu ñiều khiển tốc ñộ 0: disable

1: enable

0

Kết thúc quá trình cài ñặt nhanh

0 : không cài ñặt nhanh, không tính toán thông số ñộng cơ

1: tính toán thông số ñộng cơ và ñặt các thông số không có trong cài ñặt nhanh này về mặc ñịnh

0

END

P1960 = 0

P3900 = 1

2.1.4.2 Nhận dạng thông số ñộng cơ :

ñịnh Nhập nhiệt ñộ trung bình ñộng cơ

Cảnh báo A0541 tự ñộng ñược kích hoạt

Bắt ñầu nhận dạng bằng lệnh ON Sau khi quá trình nhận dạng kết thúc P1910 tự ñộng = 0, tín hiệu cảnh báo A0541 bị xóa

ðưa ra lệnh OFF1 ñể biến tần có thể tiếp tục làm việc

Nhận dạng thông số ñộng cơ với P1910 = 3 (nhận dạng ñặc tính bão hòa và cập nhật thông số)

Cảnh báo A0541 tự ñộng kích hoạt

và P0340 = 2

Bắt ñầu nhận dạng bằng lệnh ON Sau khi quá trình nhận dạng kết thúc P1910 tự ñộng = 0, tín hiệu cảnh báo A0541 bị xóa

ðưa ra lệnh OFF1

Sau khi chương trình nhận dạng ñộng cơ thực hiện xong, các thông số như trên hình vẽ dưới ñây sẽ ñược tự ñộng tính toán dựa theo các thông số ñịnh mức ñộng cơ ñã nhập vào trước ñó ở mục cài ñặt nhanh, và các thông số này sẽ ñược cập nhật tự ñộng vào biến tần:

Hình 2.6 : Các thông số ñộng cơ ñược biến tần tính toán tự ñộng

Hình 2.7 : ðặc tính từ hóa ñộng cơ ñược tính toán tự ñộng

Sau khi kết thúc quá trình cài ñặt nhanh và nhận dạng ñộng cơ, bước cuối cùng là cài ñặt cho biến tần với ứng dụng cụ thể trong bài toán ñiều khiển ñộng cơ trục chính máy sợi con theo lưu ñồ như dưới ñây:

2.1.4.3 Cài ñặt các thông số ñể ñiều khiển tốc ñộ ñộng cơ trục chính :

Gồm các bước sau :

Chọn kiểu ñiều khiển tắt bật từ tiếp ñiểm bên ngoài : P0700 = 2

Cài chức năng cho các ñầu vào số :

P0701 = 1 : DIN_1 có chức năng là ON/OFF1

P0702 = 2 : DIN_2 có chức năng là ON + Reverse OFF1

Cài chức năng cho các ñầu ra số : trường hợp này không sử dụng nên không cài Chọn tín hiệu ñặt tần số là analog : P1000 = 2

Cài ñặt cho tín hiệu ñầu vào dòng ñiện :

P0756 = 2 : tín hiệu analog ñi vào là dòng ñiện, ñồng thời 2 công tắc bên ngoài cũng phải ñược gạt về nấc ON

P0757 = 0.0 : giá trị dòng ñiện ñầu vào nhỏ nhất Imin = 0mA

P0758 = 0.0 : tần số ñầu ra tương ứng với Imin, fmin = 0.0%P2000 = 0Hz

P0759 = 20.0 : giá trị dòng ñiện dầu vào lớn nhất Imax = 20mA

P0760 = 100.0: giá trị tần số ñầu ra ứng với Imax, fmax = 100%P2000 = 50Hz

P0761 = 0 : ñặt deadband của bộ ADC = 0mA

Hình 2.8 : Cài ñặt cho bộ biến ñổi ADC của biến tần

ðặt thời gian tăng tốc, thời gian giảm tốc : P1120 = 10.00s , P1121 = 10.00s

ðặt tần số ra nhỏ nhất, tần số ra lớn nhất : P1080 = 0.00Hz , P1082 = 50.00Hz ðặt tần số chuẩn ñầu ra : P2000 = 50Hz

ðiện áp chuẩn ñầu ra : P2001 = 400V

Dòng ñiện chuẩn ñầu ra : P2002 = 54.2A

Cài chế ñộ bảo vệ cho biến tần:

P0290 = 0 biến tần sẽ giảm tần số ñầu ra khi quá tải tính theo công thức I2t

Cài chế ñộ bảo vệ cho ñộng cơ (ñể mặc ñịnh) :

P0335 = 0 ñộng cơ là loại tự làm mát

P0601 = 0 ñộng cơ không có sensor nhiệt

P0604 = 130% mức cảnh báo ñộng cơ quá nhiệt

P0610 = 2 khi nhiệt ñộ ñộng cơ ñạt ngưỡng cảnh báo biến tần sẽ phát tín hiệu cảnh báo và ngắt ñầu ra

P0640 = 150% mức quá tải ñộng cơ

Chọn luật ñiều khiển v/f : P1300 = 0

Cài bộ ñiều khiển PID:

P2200 = 1 bật bộ ñiều khiển PID

P2253 = 755.0 tín hiệu ñặt cho bộ PID là từ analog 1

P2257 = 1.00s thời gian tăng tín hiệu ñặt PID

P2258 = 1.00s thời gian giảm tín hiệu ñặt PID

P2261 = 0.0s thời gian lọc tín hiệu PID

P2264 = 755.1 tín hiệu phản hồi cho bộ PID là từ analog 2

P2291 = 100% giới hạn trên ñầu ra bộ PID

P2292 = 0% giới hạn dưới ñầu ra bộ PID

P2293 = 1s thời gian tăng và giảm ñầu ra bộ PID

P2350 = 1 thực hiện auto tune cho bộ PID theo phương pháp Ziegler Nichols

ðợi cho biến tần thực hiện auto tune xong (P2350 tự ñộng về 0) rồi vận hành bình thường

2.2 Xây dựng các lưu ñồ thuật toán

Trước khi máy chạy các thông số phải ñược người vận hành nhập vào từ máy tính, ñó là tổng chiều dài L quả sợi mà máy sẽ kéo, các tốc ñộ tương ứng theo tỉ lệ phần trăm của chiều dài L…

Khi máy ñang ở trạng thái dừng, nhấn nút khởi ñộng thì ñộng cơ quạt hút, ñộng cơ vệ sinh phải hoạt ñộng trước Sau ñó cầu phải ñược ñưa về vị trí bắt ñầu quấn sợi , bắt ñầu bật và ñiều khiển tốc ñộ ñộng cơ trục chính theo chiều dài L sợi

ñã quấn tương ứng và thanh cầu càng ñược nâng dần lên cao ðến khi ñã ñủ chiều dài sợi L hoặc nếu chiều dài L chưa ñủ mà thanh cầu ñã ñi lên ñến ñiểm cao nhất và không thể quấn thêm sợi ñược nữa thì PLC phải ra lệnh kết thúc quá trình kéo sợi Lúc này tốc ñộ ñộng cơ trục chính phải giảm, ñộng cơ nâng hạ cầu sẽ hạ thanh cầu xuống ñiểm thấp nhất, chờ cho Cam quay ñến vị trí có ñường kính nhỏ nhất thì bắt

ñầu dừng ñộng cơ trục chính và khởi ñộng bộ hãm ñiện từ, khi hãm ñủ thời gian thì dừng hãm và kết thúc quá trình kéo sợi Máy sẽ chờ lệnh ñiều khiển từ người vận hành Nếu muốn tiếp tục quá trình kéo sợi mới thì nhấn nút khởi ñộng Còn nếu muốn dừng máy thì nhấn nút dừng và PLC sẽ ra lệnh dừng ñộng cơ quạt hút và ñộng cơ vệ sinh

Trong suốt quá trình kéo sợi khi ñộng cơ trục chính quay thì cứ sau mỗi khoảng thời gian ñộng cơ bơm dầu lại hoạt ñộng một lần ñể bôi trơn cho các chi tiết

ðồng thời PLC sẽ sử dụng ngắt thời gian ñể ñọc tín hiệu từ encoder và tính toán ra tốc ñộ ñộng cơ trục chính và chiều dài sợi thực tế, sau ñó truyền tín hiệu tốc

ñộ ñặt và tốc ñộ phản hồi cho biến tần

Từ các vấn ñề nêu trên, mục này sẽ ñưa ra các lưu ñồ thuật toán ñiều khiển, gồm 5 bước chính:

• Bước 1: Kiểm tra nút Start và khởi ñộng máy nếu nút ñược nhấn

• Bước 2: Kiểm tra ñiều kiện bước 1, nếu thỏa mãn thì ñưa thanh cầu về vị trí bắt ñầu quấn sợi

• Bước 3:

o ðiều khiển ñộng cơ bơm dầu

o Nếu ñã qua bước 2 thì ñiều chỉnh tốc ñộ ñộng cơ trục chính theo chiều dài sợi và tính toán các thông số

• Bước 4: Kiểm tra ñiều kiện bước 3, nếu thỏa mãn thì dừng và hãm ñộng

cơ trục chính

• Bước 5: Kiểm tra ñiều kiện bước 4, nếu thỏa mãn thì chờ người vận hành nhấn nút Start ñể chạy lại từ bước 1 hoặc nhấn nút Stop ñể dừng máy