Nghiên cứu khảo sát hệ truyền động biến tần, động cơ điện không đồng bộ xoay chiều ba pha ở phòng thí nghiệm khoa Điện, Điện tử để điều khiển truyền động cho cân băng định lượng trong nhà máy sản xuất xi măng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP HOÀNG THỊ NGA NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT HỆ TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN - ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ XOAY CHIỀU BA PHA Ở PHÒNG THÍ NGHIỆM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỂ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG CHO CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG TRONG NHÀ MÁY SẢN XUẤT XI MĂNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGHÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA THÁI NGUYÊN 2014 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP HOÀNG THỊ NGA NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT HỆ TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN - ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ XOAY CHIỀU BA PHA Ở PHÒNG THÍ NGHIỆM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỂ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG CHO CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG TRONG NHÀ MÁY SẢN XUẤT XI MĂNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGHÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Khoa chuyên môn Trưởng khoa Người hướng dẫn khoa học PGS.TS. Võ Quang Lạp PHÒNG QUẢN LÝ ĐT SAU ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN 2014 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ i LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là: Hoàng Thị Nga Sinh ngày : 11 tháng 10 năm 1978 Học viên lớp cao học khóa 14 - Tự động hóa - Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên - Đại Học Thái Nguyên. Hiện đang công tác tại: Trường Đại Học Công Nghiệp Việt – Hung, thị xã Sơn Tây, thành phố Hà Nội. Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu nêu trong luận văn là trung thực. Những kết luận khoa học của luận văn chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào. Tôi xin cam đoan rằng mọi thông tin trích dẫn trong luận văn đều chỉ rõ nguồn gốc. Thái Nguyên, ngày 30 tháng 12 năm 2013 Tác giả luận văn Hoàng Thị Nga Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực hiện luận văn, tác giả đã nhận được sự quan tâm rất lớn của nhà trường, các khoa, phòng ban chức năng, các thầy cô giáo và đồng nghiệp. Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Khoa sau đại học, các giảng viên đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành luận văn này. Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành nhất đến PGS.TS Võ Quang Lạp, Trường đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên đã tận tình hướng dẫn trong quá trình thực hiện luận văn này. Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn đến các thày cô giáo ở phòng thí nghiệm đã giúp đỡ và tạo điều kiện để tác giả hoàn thành thí nghiệm trong điều kiện tốt nhất. Mặc dù đã rất cố gắng, song do trình độ và kinh nghiệm còn hạn chế nên có thể luận văn còn những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp từ các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện và có ý nghĩa ứng dụng trong thực tế. Xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày 30 tháng 12 năm 2013 Tác giả luận văn Hoàng Thị Nga Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN 1 LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ MINH HOẠ vii MỞ ĐẦU 1 Chương 1. TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT XI MĂNG 2 1.1 Sơ đồ khối công nghệ sản xuất xi măng lò quay 2 1.2 Các công đoạn chính trong nhà máy sản xuất xi măng. 3 1.2.1 Đập đá vôi và kho chứa nguyên liệu thô 3 1.2.2. Cân phối liệu và nghiền nguyên liệu 6 1.2.3. Lò và lọc bụi 8 1.2.4. Làm mát Clinker 9 1.2.5. Nghiền than 11 1.2.6. Nghiền xi măng 12 1.2.7. Đóng bao và xuất xi măng 17 1.3 Hệ thống cân băng định lượng trong nhà máy sản xuất xi măng 21 1.3.1 Nhiệm vụ của cân băng định lượng trong nhà máy sản xuất xi măng 21 1.3.2 Các phương pháp cân: 22 1.3.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cân băng định lượng 24 1.3.3.1. Cấu tạo 24 1.3.3.2. Nguyên lý hoạt động 25 1.3.3.3. Điều chỉnh cấp liệu của cân băng: 26 1.3.4. Hệ truyền động cân băng định lượng 27 1.3.4.1 Yêu cầu đối với hệ truyền động điện 27 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iv 1.3.4.2 Yêu cầu đối với hệ thống điều khiển 27 1.3.4.3. Sơ đồ khối và nguyên lí hoạt động của hệ thống điều khiển tự động 28 Chương 2. KHẢO SÁT TÍNH TOÁN HỆ TRUYỀN ĐỘNG CHO 31 CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG 31 2.1 Sơ đồ khối hệ thống Biến tần – Động cơ điện xoay chiều ba pha. 31 2.2 Quy đổi các đại lượng điện của động cơ không đồng bộ từ hệ tọa độ vectơ không gian (a,b,c) về hệ tọa độ cố định trên stato (,). 31 2.3 Quy đổi các đại lượng điện của động cơ không đồng bộ 3 pha từ hệ tọa độ cố định trên stato (,) về hệ tọa độ tựa theo từ thông rôto (d,q) 32 2.4 Sự biến đổi năng lượng và mômen điện từ. 34 2.5 Cơ sở định hướng từ thông trong hệ toạ độ tựa theo từ thông rôto (d,q) 35 2.6 Xây dựng sơ đồ cấu trúc hệ truyền động điện điều khiển vectơ biến tần 36 2.7. Xây dựng sơ đồ cấu trúc hệ truyền động số……………………………… ……40 2.7.1 Tổng hợp hệ thống 40 2.7.2 Xác định tính ổn định hệ thống 44 2.7.3 Tính toán và xét ổn định cho hệ truyền động biến tần – động cơ điện xoay chiều với thông số cụ thể của mạch vòng. 47 2.8 Khảo sát chất lượng hệ thống bằng phần mềm Matlab Simulink 53 2.8.1 Khảo sát chất lượng mạch vòng dòng điện 53 2.8.2 Khảo sát chất lượng mạch vòng tốc độ 56 Chương 3. NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM HỆ TRUYỀN ĐỘNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG TẠI PHÒNG THÍ NGHIỆM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ 60 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT THÁI NGUYÊN 60 3.1 Quá trình thí nghiệm 60 3.1.1 Giới thiệu bài thí nghiệm 60 3.1.2 Nguyên lý làm việc 61 3.2. Kết quả thí nghiệm 62 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ v 3.2.1 Trường hợp thí nghiệm với bộ điều khiển P trong S7-300 62 3.2.2. Trường hợp thí nghiệm với bộ điều khiển PI trong S7-300 63 3.3 So sánh đánh giá kết quả thí nghiệm với lý thuyết tính toán: 64 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ: 65 1.Kết luận: 65 2.Kiến nghị: 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 PHỤ LỤC. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT TT Ký hiệu Diễn giải nội dung đầy đủ 1 A/D Bộ biến đổi tín hiệu tương tự ra tín hiệu số 2 ACV Nguồn xoay chiều 3 CPU (Central Processing Unit) Bộ xử lý trung tâm 4 D Bộ điều chỉnh vi phân 5 D/A Bộ biến đổi tín hiệu từ tín hiệu số ra tín hiệu tương tự 6 DCV Nguồn một chiều 7 H(p) Khâu lưu giữ 0 8 I Bộ điều chỉnh tích phân 9 K e Hệ số encorder phản hồi âm tốc độ 10 K i , K p Hệ số biến đổi của bộ điều khiển số dòng điện 11 K ω Hệ số của khâu lấy tín hiệu tốc độ 12 P Bộ điều chỉnh tỷ lệ 13 PI (Proportion Intergal) Bộ điều chỉnh tỷ lệ tích phân 14 PID (Proportinal Intergal Derivative) Bộ điều chỉnh tỷ lệ vi tích phân 15 S p Tín hiệu chủ đạo số đặt tốc độ 16 T(p) Hàm số truyền của biến tần 17 T 1 , T 2 Chu kỳ lấy mẫu (hay gọi thời gian lượng tử) 18 U s Điện áp so sánh Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ MINH HOẠ Số hiệu Nội dung Trang Hình 1.1 Sơ đồ khối công nghệ sản xuất xi măng lò quay 2 Hình 1.2 Công nghệ đập đá vôi 3 Hình 1.3 Kho chứa đá vôi 3 Hình 1.4 Kho chứa đá sét 4 Hình 1.5 Kho chứa nguyên liệu tổng 4 Hình 1.6 Cân phối liệu 6 Hình 1.7 Công nghệ nghiền nguyên liệu 7 Hình 1.8 Si lô chứa liệu và cấp liệu cho lò 8 Hình 1.9. Bộ phận làm mát Clinker 10 Hình 1.10 Hệ thống nghiền than 11 Hình 1.11 Cân phối liệu cho xi măng 12 Hình 1.12 Hệ thống nghiền xi măng 13 Hình 1.13 Xilô chứa xi măng 16 Hình 1.14 Xuất xi măng rời 17 Hình 1.15 Cấp liệu cho máy đóng bao 18 Hình 1.16 Máy đóng bao 19 Hình 1.17 Xuất bao xi măng 20 Hình 1.18 Philosophy of the System 21 Hình 1.19 Sơ đồ cấu tạo cân băng định lượng. 24 Hình 1.20 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển bằng PC 27 Hình 1.21 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển tự động cân băng định 28 Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống PLC – Biến tần – Động cơ 31 Hình 2.2 Hệ tọa độ vectơ không gian (a,b,c) và hệ tọa độ cố định trên stato (,) 31 Hình 2.3 Biểu diễn vectơ dòng điện stato trên hệ tọa độ cố định trên stato (,) và hệ tọa độ tựa theo từ thông rôto (d,q) 33 Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển vectơ động cơ không đồng bộ bằng thiết bị biến tần 36 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ viii Hình 2.5 Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động điện sử dụng biến tần và động cơ không đồng bộ 37 Hình 2.6 Sơ đồ cấu trúc đơn giản hóa hệ thống điện sử dụng biến tần và động cơ không đồng bộ 38 Hình 2.7 Sơ đồ cấu trúc rút gọn hệ thống điện sử dụng biến tần và động cơ không đồng bộ. 39 Hình 2.8 Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều khiển số biến tần và động cơ điện xoay chiều 40 Hình 2.9 Sơ đồ mô phỏng mạch vòng dòng điện số trên Matlab simulink 54 Hình 2.10a Đáp ứng dòng điện với k p = 0.25; k i = 42 ;T = 0,5Tu= 0,002 55 Hình 2.10b Đáp ứng dòng điện với k p = 0.25; k i = 50 ;T = 0,5Tu= 0,00165 55 Hình 2.11 Sơ đồ mô phỏng mạch vòng tốc độ số trên Matlab simulink 57 Hình 2.12a Đáp ứng dòng điện với: kp=0.25; ki = 42 ; k = 0.0006; T = 0,5Tu = 0,00165s 58 Hình 2.12b Đáp ứng dòng điện với: kp=0.25; ki = 50 ; k = 0.00058; T = 0,5Tu = 0,002s 58 Hình 3.1 Hệ thống điều khiển kết nối với WinCC 60 Hình 3.2 Sơ đồ khối hệ thống biến tần – động cơ điện xoay chiều 61 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ [...]... với hệ truyền động biến tần -động cơ điện xoay chiều ba pha điều khiển bằng PLC S7-300 có ở phòng thí nghiệm trong nhà trường Vì vậy đề tài được chọn Nghiên cứu khảo sát hệ truyền động biến tần -động cơ điện không đồng bộ xoay chiều ba pha ở phòng thí nghiệm khoa Điện- Điện tử để điều khiển truyền động cho cân băng định lượng trong nhà máy sản xuất xi măng Kết quả của bản luận văn này giúp cho nghiên cứu. .. hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 21 Hình 1.18 Philosophy of the System 1.3 Hệ thống cân băng định lượng trong nhà máy sản xuất xi măng 1.3.1 Nhiệm vụ của cân băng định lượng trong nhà máy sản xuất xi măng Hệ thống cân băng định lượng là hệ thống quan trọng trong dây chuyền sản xuất của nhà máy xi măng Độ chính xác của hệ thống này đóng vai trò quyết định đến chất lượng sản phẩm Hệ. .. việc khẳng định thích hợp hệ điều khiển chuyển động cân băng định lượng 3 Nội dung luận văn Với mục tiêu đặt ra, nội dung luận văn bao gồm các nội dung sau: Chương 1: Tổng quan về dây chuyền sản xuất xi măng Chương 2: Khảo sát tính toán hệ truyền động cho cân băng định lượng Chương 3: Nghiên cứu thí nghiệm hệ truyền động cân băng định lượng tại phòng thí nghiệm Khoa Điện – Điện tử trường Đại học kỹ thuật...1 MỞ ĐẦU 1 Mục tiêu luận văn Trong nhà máy sản xuất xi măng, cân băng định lượng có một vị trí rất quan trọng, nó giúp cho việc cân các nguyên liệu để đảm bảo cho mác xi măng được chính xác Vì vậy bản luận văn đã tìm hiểu nghiên cứu các yêu cầu về hệ điều khiển chuyển động cho cân băng định lượng Dựa trên các phương án xây dựng hệ điều khiển chuyển động cho cân băng định lượng có trong nhà máy, phương... hệ truyền động mới, có ý nghĩa ứng dụng trong thực tế sản xuất 2 Mục tiêu nghiên cứu - Tìm hiểu tổng quan về dây chuyền sản xuất xi măng trong đó nghiên cứu kỹ các yêu cầu điều khiển chuyển động của cân băng định lượng và các phương án truyền động cho cân băng định lượng có trong nhà máy để từ đó giúp cho việc chọn phương án thích hợp - Dựa trên phương án đã chọn kết hợp với sơ đồ hệ thống truyền động. .. động biến tần -động cơ điện không đồng bộ xoay chiều ba pha ở phòng thí nghiệm tiến hành tính toán, khảo sát, mô phỏng để đánh giá chất lượng hệ truyền động này làm cơ sở so sánh với phần thực nghiệm - Tiến hành thí nghiệm thành công, cụ thể là: Nắm được nghiên lý các bài thí nghiệm, thí nghiệm với các chế độ làm việc khác nhau Kết quả của thí nghiệm so sánh với lý thuyết giúp cho việc khẳng định thích... thiết kế đặc biệt cho các băng cân định lượng 1.3.4 Hệ truyền động cân băng định lượng 1.3.4.1 Yêu cầu đối với hệ truyền động điện Ta phải chọn hệ truyền động điện để cho các cân băng hoạt động chính xác ổn định theo các yêu cầu kỹ thuật sau: - Động cơ phải đảm bảo công suất đủ lớn (0,75KW tới 1,5KW) - Khởi động đầy tải trên băng - Điều trỉnh trơn   1 để đạt được độ chính xác trong điều chỉnh - Đảm... http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 19 - Máy đóng bao Hình 1.16 Máy đóng bao Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 20 - Xuất xi măng Hình 1.17 Xuất bao xi măng Riêng hai xilô 2 và 4 thì không xuất xi măng rời mà chuyển xi măng rời xuống để cấp liệu cho các máy đóng bao (Hình 1.15) Tại đây xi măng đóng thành bao hoàn chỉnh nhờ máy đóng bao (Hình 1.16) và vận chuyển xuất xi măng (Hình 1.17) - Philo... 22 Trong công nghệ sản xuất xi măng các thiết bị định lượng chuyên dùng có nhiều kiểu, có thể phân loại các thiết bị định lượng như sau - Theo chế độ vận hành có: Định lượng liên tục và định lượng gián đoạn - Theo phương pháp định lượng người ta chia thành: Định lượng theo thể tích (đong) hoặc định lượng (cân) hoặc ở dạng hỗn hợp (cân đong) - Theo phương pháp điều khiển định lượng: Thiết bị định lượng. .. định đồng thời vận tốc của băng tải và trọng lượng của vật liệu trên 1 đơn vị chiều dài Trong đó tốc độ của băng tải được đo bằng cảm biến tốc độ có liên hệ động học với động cơ Tốc độ băng tải V (m/s) là tốc độ của vật liệu được truyền tải Tải của băng truyền là trọng lượng vật liệu được truyền tải trên một đơn vị chiều dài ∂ (kg/m) Cân băng tải có bộ phận đo trọng lượng để đo ∂ và bộ điều khiển để . 2.2 Hệ t a độ vectơ không gian (a, b,c) và hệ t a độ cố định trên stato (,) 31 Hình 2.3 Biểu diễn vectơ dòng điện stato trên hệ t a độ cố định trên stato (,) và hệ t a độ t a theo từ. Biến tần – Động cơ điện xoay chiều ba pha. 31 2.2 Quy đổi các đại lượng điện c a động cơ không đồng bộ từ hệ t a độ vectơ không gian (a, b,c) về hệ t a độ cố định trên stato (,). 31 2.3 Quy. Kho ch a nguyên liệu tổng hợp Đá sét 12 13 14 15 16 Đá sét Pyrit Phụ gia Hình 1.4 Kho ch a đá sét Đá sét Pyrit Phụ gia Thạch cao Bazan Đá vôi Clinker Than 17 18 Than Pyrit