ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ BĂNG TẢI SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ DC

Lĩnh vực điều khiển tự động ngày càng phát triển, đặc biết là điểu khiển chính xác, đã trở thành phần không thể thiếu của nền công nghiệp hiện đại. Phần lớn các loại máy móc, thiết bị dân dụng hay trong công nghiệp sử dụng động cơ điện, từ động cơ điện trong các máy công cụ, máy CNC, các cánh tay robot,… đến trong những thiết bị gia dụng như máy giặt, điều hòa, máy hút bụi, ngay cả trong máy vi tính. Những thiết bị như yêu cầu độ chính xác cao, tiết kiệm năng lượng, tuổi thọ và chu kì bảo dường dài. Một trong những yêu cầu cần được đáp ứng để đạt được những chỉ tiêu trên là điều khiển động cơ điện một cách ổn định, đáp ứng nhanh, vận hành trơn tru khi xác lập và khi thay đổi trạng thái.Từ trước đến nay, động cơ một chiều vẫn luôn là loại động cơ được sử dụng rộng rãi kể cả trong những hệ thống yêu cầu cao. Vì vậy em chọn đề tài :Điều khiển ổn định tốc độ băng tải sử dụng động cơ DC Nội dung đề tài được chia làm 3 chương: Chương 1 : Động cơ điện một chiều Chương 2 :Điều khiển ổn định tốc độ động cơ DC bằng PLC Chương 3 :Chế tạo băng tải và ổn định tốc độ Trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp, em luôn nhận được sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình và cung cấp những tài liệu cần thiết của thầy Nguyễn Văn Đường cùng các thầy cô trong tổ bộ môn.Em xin gửi lời cảm ơn chân thành. Tuynhiên, dothời gian và giới hạn của đồ án cùng với phạm vi nghiên cứu tài liệu với kinh nghiệm và kiến thức còn hạn chế nên bản đồ án này không tránh khỏi những thiếu sót rất mong sự đóng góp ý kiến của thầy cô để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA SƯ PHẠM KỸ THUẬT -0O0 - NGÔ THỊ NGỌC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tên đề tài:ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ BĂNG TẢI SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ DC Chuyên ngành: Sư phạm Kỹ thuật Điện Hà Nội - Năm 2017 ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA SƯ PHẠM KỸ THUẬT -0O0 - NGÔ THỊ NGỌC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tên đề tài:ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ BĂNG TẢI SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ DC Người hướng dẫn :Th.S Nguyễn Văn Đường Hà Nội - Năm 2017 MỤC LỤC 2 3 DANH MỤC HÌNH ẢNH 4 MỞ ĐẦU Lĩnh vực điều khiển tự động ngày phát triển, đặc biết điểu khiển xác, trở thành phần thiếu công nghiệp đại Phần lớn loại máy móc, thiết bị dân dụng hay công nghiệp sử dụng động điện, từ động điện máy công cụ, máy CNC, cánh tay robot,… đến thiết bị gia dụng máy giặt, điều hòa, máy hút bụi, máy vi tính Những thiết bị yêu cầu độ xác cao, tiết kiệm lượng, tuổi thọ chu kì bảo dường dài Một yêu cầu cần đáp ứng để đạt tiêu điều khiển động điện cách ổn định, đáp ứng nhanh, vận hành trơn tru xác lập thay đổi trạng thái.Từ trước đến nay, động chiều loại động sử dụng rộng rãi kể hệ thống yêu cầu cao Vì em chọn đề tài :Điều khiển ổn định tốc độ băng tải sử dụng động DC Nội dung đề tài chia làm chương: Chương : Động điện chiều Chương :Điều khiển ổn định tốc độ động DC PLC Chương :Chế tạo băng tải ổn định tốc độ Trong trình làm đề tài tốt nghiệp, em nhận hướng dẫn, bảo tận tình cung cấp tài liệu cần thiết thầy Nguyễn Văn Đường thầy cô tổ môn.Em xin gửi lời cảm ơn chân thành Tuynhiên, dothời gian giới hạn đồ án với phạm vi nghiên cứu tài liệu với kinh nghiệm kiến thức hạn chế nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót mong đóng góp ý kiến thầy cô để đồ án em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 04 năm 2017 Sinh viên thực Ngô Thị Ngọc Chương 1.ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1.Tổng quan động điện chiều 1.1.1.Cấu tạo Cấutạocủađộngcơđiệnmộtchiềugồm2phầnchínhlàphầntĩnh (Stator)vàphầnđộng(Rotor) a Phần tĩnh: Cựctừchính: Cựctừchínhlà phầnsinhratừtrườnggồmcólõisắtvàcuộndây: Lõisắtcựctừđượclàmtừcáclá thépkỹthuậthoặcthépcacbondày: 0,5-1 mmđượcéplạivớinhauvàtánchặtthànhmộtkhốicáccựctừđượcgắnvàovỏ máybằngcácbulông.Mộtcặpcựctừ(đôicực)gồmhaicựcnam-bắcđặtđối xứngvớinhauquatrụcđộngcơ,tuỳtheođộngcơmàđộngcơcóthểcó1,2,3, cực từ Cácmáyđiệnnhỏcựctừ đượclàmbằngthépkhối.Dâyquấnkíchtừ làm bằngdây đồngcó tiết diệntrònhoặcchữ nhậtđượcsơncáchđiệnvàđượcquấnthànhtừng cuộn.Cáccuộndây đượcmắcnốitiếp với nhau.Cáccuộndây bọccáchđiện cẩnthậntrướckhiđặtvàocáccựctừ Hình 1.1: Cực từ Cựctừphụ: Cựctừphụđượcđặtgiữacáccựctừchínhđể phụđược làm cảithiệntìnhtrạngđổichiều.Cựctừ bằngthépkhốitrênđặtcáccuộndâyquấn.Dâyquấncựctừ phụtươngtựnhưdâyquấncựctừchính Gôngtừ: Gông từ phần nối tiếp cực từ Đồng thời gông từ làm vỏ máy ,từ thôngmócvòngquacáccuộndâyvàkhépkínsẽchạytrongmạchtừ.Trongmáy điệnlớn gôngtừ làmbằngthépđúc,trongcácmáyđiệnnhỏgôngtừ làmbằngthép láđượcuốnlạithànhhìnhtrụtrònrồihàn Cácbộphậnkhác: - Nắpmáy: Nắpmáydùngđểbảovệcácchitiếtcủamáytránhkhôngcho cácvậtbênngoàirơivàotrongmáycóthểlàmhỏngcuộndây,mạchtừ Đồng thờinắpmáyđểcáchlyngườisửdụngvớibộphậncủamáykhiđộngcơđang quay,đangcóđiện.Ngoàiranắpmáycònlàgiáđỡổbicủatrụcđộngcơ Cơcấuchổithan:Cơcấuchổithanđểđưadòngđiệntừngoàivàonếu máylàđộngcơvàđưadòngđiệnranếumáylàphátđiện.Cơcấuchổithangồm có2chổithanlàmtừthancacbonthườnglàhìnhchữnhật.Haichổithanđược đựngtronghộpchổithanvàluôntỳlênhaivànhgópnhờ2 lòxo.Hộpchổithancó thểthayđổiđượcvịtrísaochophùhợp b Phầnquay Lõisắtphầnứng: Lõisắtphầnứngdùngđểdẫntừ,thường đượclàmbằngtônSilicdầy 0,5mmcóphủmộtlớpcáchđiệnsauđóđượcép lạiđể giảmtổn hao dòngđiện xoáyPhucôgâylên.Trêncácláthépcódậpcácrãnhđểkhiéplạitạothànhcác rãnhđặtcuộndâyphầnứngvào.Lõisắtlàhìnhtrụtrònvàđượcépcứngvàovới trụctạothànhmộtkhốithốngnhất Trongcácmáyđiệncôngsuấttrungbìnhtrởlênngườitathườngdậpcác rãnhđểkhiéplạitạothànhcáclỗthônggiólàmmátcuộndâyvàmạchtừ Hình 1.2 : Lõi sắt phần ứng Dâyquấnphầnứng: Dâyquấnphầnứngsinhrasuấtđiệnđộngvà máyđiệnnhỏdâyquấnphầnứngcó lớntiếtdiệndâylà códòngđiệnchạyqua.Trong tiếtdiệntròn,vớiđộngcơcócôngsuấtvừa hìnhchữnhật.Khiđặt dâyquấnphầnứngvàorãnhRotorngười taphảidùngcácnêm,chènlênbềmặtcủacuộndây,cácnêmnàynằmtrongrãnh đặtcáccạnhdâyquấnđểtránhchodâykhôngbịvăngrangoàikhidâychịulực điệntừtácđộng Cổgóp: Cổgópdùngđểđổichiềudòngđiệnxoaychiềuthànhmộtchiều.Cổgóp gồmnhiềuphiếngópbằngđồngghéplạithànhhìnhtrụtrònsauđóđượcépchặt vàotrục.Cácphiếngópđượccáchđiệnvớinhaubằngcáctấmmicađặtởgiữa.Đuôicác phiếngópnhôcaođể hànđầudâycuộndâyphầnứng,mỗiphiếngóp có đuôichỉhànmộtđầudâyvàtạothànhcáccuộndâyphầnứngnốitiếpnhau Cácbộphậnkhác: Cánhquạt:Cánhquạtdùngđểlàmmátđộngcơ.Cánhquạtlắptrêntrụcđộngcơđểhútgi ótừngoàiquacáckhehởtrênnắpmáy,khiđộngcơlàm việcgiótừngoàivàoquacáckhehởtrênnắpmáy,khiđộngcơlàmviệcgióhút vàolàmnguộidâyquấn,mạchtừ - Trụcmáy:Trụcmáyđượclàmbằng loạithépcứngnhiềucacbon.Trên trụcmáyđặtlõithépphầnứngvàcổgóp.Haiđầucủatrụcmáyđượcgốilên2 vòngbiởnắpmáy 1.1.2 Nguyên lý làm việc động điện chiều Xét động điện chiều gồm phần tử Cho điện áp chiều U vào hai chổi điện (dương phía âm phía dưới), khung dây abcd có dòng điện Khung dây abcd có điện nằm từ trường chịu tác dụng lực điện từ F (quy tắc bàn tay trái), sinh mômen làm quay khung dây Hình 1.3: Mô tả nguyên lý làm việc động DC Khi phần ứng quay nửa vòng, vị trí dẫn ab,cd đổi chỗ cho nhau, có phiến góp đổi chiều dòng điện, nên chiều lực tác dụng không đổi, đảm bảo chiều quay khung dây (tức rôto) không đổi Hình 1.4: Mô tả nguyên lý làm việc động DC Chế độ làm việc định mức máy điện nói chung động điện chiều nói riêng chế độ làm việc điều kiện mà nhà chế tạo quy định Chế độ đặc trưng đại lượng ghi nhãn máy gọi đại lượng định mức Công suất định mức Pđm (kW hay W) Điện áp định mức Uđm (V) Dòng điện định mức Iđm (A) Tốc độ định mức nđm (vòng/ph) Ngoài ghi kiểu máy, phương pháp kích thích, dòng điện kích từ… Chú ý: Công suất định mức công suất đưa máy điện Đối với máy phát điện công suất đưa đầu cực máy phát, động công suất đưa đầu trục động 1.2 Phân loại động điện chiều Có loại động điện chiều thường dùng sau : - Động điện kích từ độc lập Khi nguồn chiều có công suất không đủng lớn, mạch điện phần ứng mạch phần kích từ mắc vào hai nguồn chiều độc lập nên 10 Chương 3.CHẾ TẠO BĂNG TẢI VÀĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ BẰNG TẢI 3.1 Chế tạo băng tải 3.1.1 Băng tải a Giới thiệu chung Băng tải thường dùng để di chuyển vật liệu đơn giản vật liệu rời theo phương ngang phương nghiêng Trong dây chuyền sản xuất, thiết bị sử dụng rộng rãi phương tiện để vận chuyển cấu nhẹ, xưởng luyện kim dùng để vận chuyển quặng, than đá, loại xỉ lò trạm thủy điện dùng vận chuyển nhiên liệu Trên kho bãi dùng để vận chuyển loại hàng bưu kiện, vật liệu hạt số sản phẩm khác Trong số ngành công nghiệp nhẹ, công nghiệp thực phẩm, hóa chất dùng để vận chuyển sản phẩm hoàn thành chưa hoàn thành công đoạn, phân xưởng, đồng thời dùng để loại bỏ sản phẩm không dùng * Ưu điểm băng tải - Cấu tạo đơn giản, bền, có khả vận chuyển rời đơn theo hướng nằm ngang, nằm nghiêng kết hợp nằm ngang với nằm nghiêng - Vốn đầu tư không lớn lắm, tự động được, vận hành đơn giản, bảo dưỡng dễ dàng, làm việc tin cậy, suất cao tiêu hao lượng so với máy vận chuyển khác không lớn * Cấu tạo chung băng tải 36 Hình 3.1:Cấu tạo chung băng chuyền Bộ phận kéo yếu tố làm việc trực tiếp mang vật (1) Trạm dẫn động, truyền chuyển động cho phận kéo(2) Bộ phận căng, tạo giữ lực căng cần thiết cho phận kéo(3) Hệ thống đỡ (con lăn, giá đỡ ) làm phần trượt cho phận kéo yếu tố làm việc(4) b Mô hình thực tế Hình 3.2: Hệ thống băng tải  Cấu tạo băng tải gồm cấu sau : - Khung băng tải - Rulô chủ động - Rulo bị động - Dây đai * Khung băng tải có kích thước : 37 Hình 3.3: Băng tải + Dài: 85cm + Rộng: 10cm * Rulo chủ động có kích thước: 12 cm Hình 3.4: Rulo chủ động * Rulo bị động có kích thước: 12 cm Hình 3.5: Rulo bị động * Dây đai dài: 12cm 38 Hình 3.6: Dây đai 3.1.2.Thông số độngcơ chiều Hình 3.7 : Động DC Thông số động chiều : - Động DC 24V - Công suất P = 90W - Tốc độ định mức n = 1200v/p 3.2 Encoder Đo tốc độ động dùng encoder, tín hiệu từ encoder tạo dạng xung vuông có tần số thay đổi phụ thuộc vào tốc độ động Do xung vuông đưa vào vi xử lý để đếm số xung khoảng thời gian cho phép từ ta tính giá trị vận tốc động Đây phương pháp mà người ta sử dụng để ổn định tốc độ động hay điều khiển nhanh chậm… 39 3.2.1 Cấu tạo Encoder Hình 3.8: Hình ảnhencoder Gồm phát ánh sáng (LED phát), thu ánh sáng nhạy với ánh sáng từ phát (bộ thu thường photodiotde phototransistor), đĩaquang có khoét lỗ gắn trục quay đặt phát thu, thông thườngtrục quay gắn với trục quay đối tượng cần đo tốc độ Hình 3.9: Cấu tạo encoder Một encoder thường có dây sau: – Dây cấp nguồn (+5V) cho encoder – Dây nối đất (GND) – Dây pha A – tín hiệu theo độ phân giải (1 vòng/N xung (N từ vài chục lên đến vài nghìn xung tuỳ theo độ phân giải)) 40 – Dây pha B – tín hiệu theo độ phân giải (1 vòng/N xung (N từ vài chục lên đến vài nghìn xung tuỳ theo độ phân giải)), pha B chậm pha pha A Thường tuỳ theo trạng thái pha nhanh hay chậm pha ta xác định chiều quay đối tượng, để từ đếm tiến đếm lùi 3.2.2 Nguyên lý Encoder thực chất đĩa tròn xoay, quay quanh trục Trên đĩa có lỗ (rãnh) Người ta dùng đèn led để chiếu lên mặt đĩa Khi đĩa quay, chỗ lỗ (rãnh), đèn led không chiếu xuyên qua được, chỗ có lỗ (rãnh), đèn led chiếu xuyên qua Khi đó, phía mặt bên đĩa, người ta đặt mắt thu Với tín hiệu có, ánh sáng chiếu qua, người ta ghi nhận đèn led có chiếu qua lỗ hay không Cứ lần qua lỗ, phải lập trình để thiết bị đo đếm lên Số lỗ đĩa định độ xác thiết bị đo Ví dụ đĩa bạn có lỗ tức bạn quay vòng thu thu xung, đĩa bạn khoét N lỗ có nghĩa vòng bạn thu N xung Như đo tốc độ bạn đếm số xung đơn vị thời gian, từ bạn tính số vòng đơn vị thời gian (hoặc bạn đo chu kì xung) Nếu đo tốc độ cao số lỗ khoét nhiều xác 41 Hình 10: Mô tả nguyên lý hoạt động encode 3.2.3 Thông số encoder Các thông số kỹ thuật Rotary Encoder HE50B-8-200-3-N-24: -Điện áp:24VDC -Đường kính trục: 8mm -Số xung phát ra: 200 xung/vòng -Pha output: A,B,Z -Dạng Output: Transistor 3.3.Lưu đồ giải thuật Chương trình : Bắt đầu Nhập điều khiển Timer ngắt Nhập Kp, Ki, Kd Start START =1 S Đ Chương trình PWM Chương trình HSC PID 42 Stop STOP= Dừng Đ S Chương trình PWM: CT PWM Nhập thời gian xung Ton Nhập chu kì xung Phát xung Kết thúc Chương trình HSC: CT HSC Nhập HSC Gía trị đầu Cho phép đọc Trả lại giá trị cho CT 43 Chương trình PID: CT PID Nhập thời gian lấy mẫu Đổi v/ph V/ms Chạy PID 3.4 Kết Dưới số kết thực tế điều khiển: Với : Kp :0.252 Ki : 0.15 Kd :0.00031 Với tham số điều khiển kết thu băng tải ổn định thời gian 2s, với tốc độ băng tải 0.2 m/s (tương ứng với tốc độ ổn định động 450v/phút) 44 KẾT LUẬN Qua trình thực đề tài: Điều khiển ổn định tốc độ băng tải sử dụng động DC rút số kết luận sau : Về mặt lý thuyết - Nắm phương pháp điều khiển động DC - Ứng dụng PLC S7 200 để ổn định tốc độ động băng tải dùng động DC Về mặt thực nghiệm - Tiến hành chế tạo mô hình băng tải có kích thước dài 85cm rộng 10cm vững ổn định - Băng tải chạy với tốc độ ổn định 0.2m/s - Mô hình cồng kềnh Hướng phát triển Trong suốt trình thực đồ án em gặp nhiều khó khăn tài chính, kiến thức chuyên môn thời gian có hạn nên em nhiều thiếu sót Mong thầy cô thông cảm Đây đề tài hay có ứng dụng phổ biến thực tế Em mong mô hình thầy cô góp ý để hoàn thiện Một lần em xin chân thành cám ơn thầy cô giúp đỡ để em hoàn thành đồ án 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO Th.S Trần Văn Trinh, Bản thảo giáo trình thực hành PLC Th.S Phạm Khánh Tùng, Giáo trình Kỹ Thuật Điện Th.S Phạm Thu Tho, Giáo trình PLC S7 200 www.dientuvietnam.net https://plcvietnam.com.vn 46 PHỤ LỤC Chương trình : XÁC NHẬN QUYỀN ĐỒ ÁN ĐỦ ĐIỀU KIỆN NỘP CHỦ NHIỆM BỘ MÔN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Th.S Phạm Khánh Tùng Th.S Nguyễn Văn Đường ... ổn định tốc độ băng tải sử dụng động DC Nội dung đề tài chia làm chương: Chương : Động điện chiều Chương :Điều khiển ổn định tốc độ động DC PLC Chương :Chế tạo băng tải ổn định tốc độ Trong trình... với động công suất nhỏ, điều chỉnh tốc độ vùng tốc độ định mức Vậy mô hình thực, em chọn phương pháp thay đổi điện áp phần ứng để điều chỉnh tốc độ động 16 Chương 2.ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ ĐỘNG... Ứng dụng PWM điều khiển : PWM ứng dụng nhiều điều khiển Điển hình mà thường hay gặp điều khiển động xung áp, điều áp Sử dụng PWM điều khiển độ nhanh chậm động hay cao nữa, dùng để điều khiển ổn