Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển máy khấu than dùng bộ điều khiển PLC

B GIO DC V O TO TRNG I HC BCH KHOA H NI Lấ QUANG THINH Nghiờn cu, thit k h thng iu khin mỏy khu than dựng b iu khin PLC LUN VN THC S KHOA HC NGI HNG DN KHOA HC TS Trn Th Thanh Hi H Ni Nm 2011 MC LC Li cam oan Li cm n Danh mc cỏc bng biu Danh mc cỏc hỡnh v, th Phn m u Lý chn ti Mc ớch nghiờn cu 10 i tng nghiờn cu 11 Nhim v nghiờn cu 11 Gii hn ca ti 11 í ngha khoa hc v thc tin 11 Phng phỏp nghiờn cu 11 7.1 Phng phỏp nghiờn cu lý lun 11 7.2 Phng phỏp nghiờn cu thc tin 11 B cc ca lun 11 CHNG I: TNG QUAN V V MY KHU THAN V TèNH HèNH S DNG MY KHU THAN TI CC M THAN CA VIT NAM 13 1.1 GII THIU CHUNG V MY KHU THAN .13 1.1.1.Lch s phỏt trin mỏy khu than ( COMBAI ) .13 1.1.2 Hỡnh nh minh ho mt s loi mỏy khu than 14 1.2 TèNH HèNH S DNG MY KHU THAN TI CC M THAN VIT NAM 17 1.2.1 Lch s nghiờn cu ỏnh giỏ kh nng c gii hoỏ khai thỏc hm lũ vựng Qung Ninh 17 1.2.2 Mc tiờu, mt s kt qu v phng hng phỏt trin ca cụng ngh c gii hoỏ khai thỏc than Vit Nam 18 1.3 GII THIU CHUNG V MY KHU LOI HAI TAY KHU V QUY TRèNH KHAI THC THAN S DNG MY KHU 21 1.3.1 Kt cu hỡnh dỏng s b ca mỏy khu loi hai tay khu .21 1.3.2 Quy trỡnh khai thỏc ca mỏy khu (trỡnh t khu gng) 21 KT LUN CHNG I: .266 CHNG II: CễNG NGH KHAI THC THAN C GII HO S DNG MY KHU, DN CHNG T HNH, MNG CO 27 2.1 CễNG NGH KHAI THC 27 2.1.1 Bn cht ca cụng ngh khai thỏc 27 2.1.2 T hp thit b s dng quỏ trỡnh khai thỏc 27 2.2 C TNH K THUT, PHN TCH H THNG IU KHIN THU LC CA MY KHU, DN CHNG T HNH, MNG CO 27 2.2.1 c tớnh k thut v phõn tớch h thng iu khin thu lc ca Mỏy khu MG 200 W1 27 2.2.2 Dn chng t hnh VINAALTA 2.0/3.15 (longwall roof) 44 2.2.3 Mỏng co DSS 260 x 132kw 120m 47 2.3 QUY TRèNH CễNG NGH KHAI THC .53 KT LUN CHNG II 56 CHNG 3: GII THIU V B IU KHIN KH LP TRèNH PLC S7 - 200 57 3.1 GII THIU PHN CNG 57 3.1.1 Cỏc c im ni bt ca PLC 57 3.2 NGễN NG LP TRèNH CHO PLC 62 3.2.1 Lc hỡnh thang LAD 62 3.2.2 Lit kờ cõu lnh STL (Statement List) 65 3.2.3 S chc nng FBD (Function Block Diagram) 65 3.3 GII THIU V PLC S7-200 CA SIEMENS .666 3.3.1 nh ngha S7-200 CPU .66 3.3.2 Cỏc khỏi nim c bn v PLC S7-200 67 3.3.3 Gii thiu v cỏc vựng nh: 71 KT LUN CHNG III 74 CHNG 4: NG DNG B IU KHIN KH LP TRèNH PLC S7-200 THIT LP CHNG TRèNH IU KHIN MY KHU THAN 75 4.1 T CC U VO RA CA PLC V THUYT MINH QUI TRèNH IU KHIN MY KHU 75 4.1.1 t cỏc u vo cho PLC 75 4.1.2.Thuyt minh qui trỡnh iu khin mỏy khu 76 4.2 CHNG TRèNH IU KHIN MY KHU 767 KT LUN CHNG IV 86 KT LUN V MT S KIN NGH 88 Kt lun 88 Mt s kin ngh .87 TI LIU THAM KHO .90 LI CAM OAN Tụi xin cam oan, nhng gỡ m tụi vit lun ny l s tỡm hiu v nghiờn cu ca bn thõn Mi kt qu nghiờn cu cng nh ý tng ca cỏc tỏc gi khỏc nu cú u c trớch dn ngun gc c th Lun ny cho n cha c bo v ti bt k mt hi ng bo v lun thc s no v cha c cụng b trờn bt k mt phng tin thụng tin no Tụi xin hon ton chu trỏch nhim v nhng gỡ m tụi ó cam oan trờn õy H Ni, thỏng 03 nm 2011 Hc viờn Lờ Quang Thinh Lời cảm ơn Tỏc gi lun xin chõn thnh cm n Vin khoa hc cụng ngh M - TKV, Vin C Khớ - Trng i Hc Bỏch Khoa H Ni, Vin o to sau i hc Trng i Hc Bỏch khoa H Ni, Trng i Hc M - a Cht, B mụn K Thut C Khớ - Trng i Hc M - a Cht, B mụn Mỏy - Thit b M - i Hc M - a Cht, Cụng Ty Than Vng Danh - TKV, ó to iu kin tỏc gi hon thnh lun ny c bit, vi lũng bit n sõu sc, tỏc gi xin chõn thnh cm n TS Trn Th Thanh Hi, ngi trc tip hng dn tỏc gi lm lun ny Xin cm n Ban giỏm hiu v cỏc ng nghip trng i Hc M - i Cht ụng Ngc - T Liờm - H Ni ó to mi iu kin, giỳp , cng tỏc, ng viờn, chia s tỏc gi hon thnh lun tt nghip Do trỡnh bn thõn cũn hn ch, lun khụng trỏnh nhng thiu sút Tỏc gi mong nhn c nhng ý kin úng gúp, b sung ca Hi ng chm lun tt nghip v bn c lun c hon thin hn Tỏc gi xin chõn thnh cm n! Tỏc gi lun Lờ Quang Thinh DANH MC CC BNG BIU Bng 2.1: c tớnh k thut ca dn t hnh VINAALTA Bng 2.2: Cỏc nỳt chc nng iu khin dn chng Bng 2.3: Thụng s k thut Mỏng co DSS 260 x 132kw 120m Bng 3.1: a ch t cho cỏc modul m rng trờn CPU 214 Bng 3.2: Cỏc loi PLC S7-200 hin ang bỏn trờn th trng DANH MC CC HèNH V, TH Hỡnh 1.1 Mỏy khu mt tay khu Hỡnh 1.2 Mỏy khu hai tay khu MB 320E Hỡnh 1.3 Mỏy khu hai tay khu MG200-W1 Hỡnh 1.4 Mỏy khu MG375-AW Hỡnh 1.5 Mỏy khu MG150-376 W Hỡnh 1.6 Mỏy khu SL 750 Hỡnh 1.7 Hỡnh dỏng s b ca loi mỏy khu hai tay khu Hỡnh 1.8 Trng thỏi u chu k khai thỏc ca mỏy khu Hỡnh 1.9 Trng thỏi bt u khai thỏc ca mỏy khu Hỡnh 1.10 Quỏ trỡnh mỏy khu khai thỏc ht gng bờn phi Hỡnh 1.11 Quỏ trỡnh mỏy khu khai thỏc quay tr li Hỡnh 1.12 Quỏ trỡnh mỏy khu khai thỏc phớa bờn trỏi Hỡnh 1.13 Mỏy khu kt thỳc khai thỏc Hỡnh 2.1 Mỏy khu MG200-W1 Hỡnh 2.2 S thy lc ca mỏy khu MG200-w1 Hỡnh 2.3 S ng tun hon du chớnh Hỡnh 2.4 S ng b sung du v trao i nhit Hỡnh 2.5 S thu lc iu khin nõng h hai tay khu Hỡnh 2.6 S c cu iu chnh tc , chiu quay ca bm Hỡnh 2.7 S bo v quỏ ti Hỡnh 2.8 S bo v thp ỏp Hỡnh 2.9 S h thng bo v cụng sut Hỡnh 2.10 S h thng bo v trt mỏy Hỡnh 2.11 S h thng phun sng dp bi v lm mỏt Hỡnh 2.12 Dn chng t hnh Hỡnh 2.13 Kt cu dn chng VINAALTA Hỡnh 2.14 Hp iu khin dn chng Hỡnh 2.15 Kt cu mỏng co Hỡnh 2.16 Trm truyn ng Hỡnh 2.17 Mỏng gia Hỡnh 2.18 Mỏng kim tra Hỡnh 2.19 Mỏng quay c bit Hỡnh 2.20 Mỏng thỏo dch chuyn Hỡnh 2.21 Mỏng nhn dch chuyn Hỡnh 2.22 Xớch mỏng co Hỡnh3.1 Cu trỳc ca PLC Hỡnh 3.2 Modul m rng EM 222 ca PLC Hỡnh 3.3 CPU 214 vi cỏc modul m rng Hỡnh 3.4 Minh ho s quột PLC thc hin Hỡnh 3.5 Cỏc ký hiu tiờu chun c s dng cho thit b nhp v xut Hỡnh 3.6 Vớ d mt s phn t s Hỡnh 3.7 Hỡnh nh bờn ngoi ca mt PLC Hỡnh 3.8 PLC v cỏc thit b ngoi vi Hỡnh 3.9 Vũng quột chng trỡnh Hỡnh 3.10 Cỏch truy nhp theo bit Hỡnh 3.11 Cỏch truy nhp theo Byte, Word hay Double Word Hỡnh 3.12 Truy nhp Timer Bit v giỏ tr tc thi ca bin thi gian Hỡnh 3.13 Kớch thc ca d liu ph thuc vo cu trỳc lnh Hỡnh 3.14 Cỏc kiu d liu Hỡnh 4.1 S PLC M U Lý chn ti Qua nhiu quỏ trỡnh phỏt trin vi s ng dng ca cỏc thnh tu khoa hc cụng ngh hin i, mỏy khu (combai) khai o ó tr thnh mt thit b khai o rt ph bin trờn ton th gii T mt thit b ch dựng khai o l thiờn n vic ỏp dng chỳng di ngm; t cỏc mỏy khu cú kt cu n gin kiu c in n vic phỏt trin chỳng thnh mt thit b a nng tớch hp nhiu thit b khỏc i kốm; t mt thit b chuyờn khai o than v ỏ mm cú cng nh, mt hai thp k gn õy combai ó c ỏp dng c vo khai o ỏ rng cng n rt cng n 140 MPa thm mt vi mỏy cũn lờn ti trờn 200 MPa õy qu l mt bc ngot ca cụng ngh, vic ỏp dng chỳng ngnh m ó em li rt nhiu li ớch v mt kinh t, mụi trng, ngi c thay th bng mỏy múc nhiu cụng on lm vic nguy him v c hi mt s cụng trỡnh cú tớnh cht c bit nh: cụng trỡnh hm di thnh ph ni cú ụng dõn c, cụng trỡnh hm nhng ni cú khu di tớch lch s hoc danh lam thng cnh, cỏc cụng trỡnh hm gn ni nhy cm v chn ng, cụng trỡnh hm mt quõn s thỡ combai t c u th tuyt i ca mỡnh so vi o hm bng cụng ngh khoan n mỡn truyn thng [17] Hin mt s m than Vit Nam ang ỏp dng cụng ngh c gii hoỏ khai thỏc than v ang s dng mt s loi mỏy khu nh MG200-W1, MG150/375-W ti m than Khe Chm, MB450E ti m than Vng Danh kt hp ng b vi mt s loi dn chng t hnh nh Vinaalta -2.0/3.15 v mt s loi mỏng co nh mỏng co DSS 260-2x132kw-120m cho hiu qu khai thỏc v an ton cao Vic ng dng cụng ngh khai thỏc hin i ny i vi nn cụng nghip than Vit Nam s cũn tip tc phỏt trin mnh m hn na thi gian ti [17,18] H thng khai thỏc than c gii hoỏ ng b s dng mỏy khu kt hp vi dn chng t hnh v mỏng co c iu khin bng h thng in v thy lc cho dn chng, mỏy ti, bng ti tớn hiu vo I0.6 s ngt cp in cho ton b h thng [10] 4.2 CHNG TRèNH IU KHIN MY KHU 4.2.1 S PLC start Đặt chiều di chuyển máy khấu Chọn chiều phải Đ Kiểm tra hỏng hóc nồng độ khí Metan mỏ Có cố S Chọn chiều trái Đ Kiểm tra hỏng hóc nồng độ khí Metan mỏ Đ Đ Bật cảnh báo âm máng cào hoạt động 15s 15s S Dừng hệ thống Bật còi, đèn cảnh báo S Bật cảnh báo âm máng cào hoạt động 15s S Đ Đ Bật cảnh báo âm máy khấu hoạt động 20s S 20s Đ S Đ Mở van phun suơng dập bụi Mở van phun suơng dập bụi Van mở Có cố S 15s Bật cảnh báo âm máy khấu hoạt động 20s 20s S S Van mở Đ Đ 76 S Đ Đ Bật Máng cào Bật Máng cào Máng cào chạy Đ S Máng cào chạy Đ Bật động quay hai tang khấu Bật động quay hai tang khấu Hai tang khấu quay S S S Đ Nâng tay khấu phải lên cao hạ tay khấu trái xuống thấp Đ Nâng tay khấu phải lên cao hạ tay khấu trái xuống thấp S Hai tay khấu đến vị trí Hai tang khấu quay S Hai tay khấu đến vị trí Đ Đ Di chuyển máy khấu sang phải Di chuyển máy khấu sang phải Sự cố chắn guơng Đ Đ Sự cố chắn guơng S S Di chuyển máy khấu hết chiều dài lò chợ Di chuyển máy khấu hết chiều dài lò chợ Chạm công tắc hành trình bên phải Chạm công tắc hành trình bên phải S Đ S Đ Đảo chiều động di chuyển Máy khấu Lùi máy khấu 1m Máy khấu lùi đuợc 1m Đảo chiều động di chuyển máy khấu lùi máy khấu 1m S Máy khấu lùi đuợc 1m Đ S Đ Dừng máy khấu máy khấu dừng Đ Dừng Máy khấu S Máy khấu dừng Đ Dừng động quay hai tang khấu Hai tang khấu dừng S Dừng động quay hai tang khấu S Hai tang khấu dừng Đ S Đ Than thu hồi hết ấn nút Replay S Than thu hồi hết ấn nút Replay Đ Đ Hỡnh 4.1: S PLC 77 S 4.2.2 Chng trỡnh iu khin mỏy khu dựng PLC 78 79 80 81 82 83 84 85 KT LUN CHNG IV Trong chng ny tỏc gi ó phn no gii quyt c bi toỏn iu khin hot ng ca mỏy khu theo mt qui trỡnh t ng cú s h tr ca PLC S7 200 Vi chng trỡnh ny, mỏy khu cú th hot ng t ng m khụng cn s iu khin trc tip ca ngi hnh Vic la chn cỏc u vo ca PLC cho thy, S7200 hon ton cú kh nng ỏp ng yờu cu cụng ngh cho hot ng ca mỏy khu 86 KT LUN V MT S KIN NGH Kt lun Do tớnh c thự ca mụi trng lm vic m than l rt nguy him, bờn cnh ú thi gian cũn hn ch nờn ti cha thc s c ng dng cho mỏy khu a vo khai thỏc Tuy nhiờn, i chiu vi mc ớch nghiờn cu v cỏc nhim v t ca ti, lun Nghiờn cu, thit k h thng iu khin mỏy khu than dựng b iu khin PLC l mt lun cú tớnh thc tin cao v c s khoa hc thc tin: Lun ó ch rừ vai trũ ca vic ng dng PLC iu khin mỏy khu ti hm lũ, phự hp vi thc tin v s phỏt trin ca khoa hc k thut, ó gúp phn i mi t iu khin mỏy khu hin t ú thy rng s dng PLC iu khin mỏy khu l s phỏt trin tt yu, l yờu cu cp bỏch nhm thc hin mc tiờu nõng cao nng sut v cht lng khai thỏc than hm lũ ca Vit Nam Trờn c s nghiờn cu lý lun v thc tin tỏc gi nghiờn cu v ỏnh giỏ v thc trng iu khin mỏy khu ti cỏc hm lũ hin nay, ỏnh giỏ c c im, yờu cu, cỏc mt hn ch v a cỏc hng gii quyt - Tin hnh thit k chng trỡnh iu khin cho mỏy khu m bo kh nng hnh, n nh cho mỏy khu phự hp vi thc tin sn xut v s phỏt trin ca khoa hc k thut Tỏc gi ó ly ý kin nhiu chuyờn gia v tớnh cn thit v kh nng ỏp dng chng trỡnh iu khin mỏy khu s dng PLC Kt qu cho thy s ng thun cao v tớnh cn thit v kh nng ỏp dng chng trỡnh PLC iu khin mỏy khu Vi kh nng v kinh nghim cũn hn ch, vy lun ny cũn cú nhng thiu sút nht nh cn phi c b sung v hon thin, tỏc gi rt mong nhn c s gúp ý ca cỏc thy cụ giỏo v c gi lun c hon chnh hn Mt s kin ngh Qua quỏ trỡnh nghiờn cu ti, tỏc gi lun ỏn nhn thy cn phi tip tc gii quyt nhng tip theo: 87 - ti cn c tip tc nghiờn cu, ly cỏc ý kin chuyờn gia v c thc nghim trờn mỏy khu thc hon thin v c ỏp dng khai thỏc ti cỏc hm lũ ca Vit Nam - Tip tc nghiờn cu hon thin chng trỡnh iu khin, m rng i tng v phm vi ng dng ca ti cho ton b h thng khai thỏc gm mỏy khu, dn chng t hng, mỏng co, mỏy ti nõng cao kh nng t ng hoỏ v tớnh ng b khai thỏc than hm lũ - u t vo c s vt cht, nghiờn cu, thit k, ch to mỏy khu phự hp vi cỏc chng trỡnh iu khin t ng hoỏ ng b 88 TI LIU THAM KHO [1] Peter Rohner (1996), PLC automation with programmable logic controllers, Southwood Press Marickville NSW, Sydney, Australia [2] Zaklady Naprawcze Przemyslu Weglowego, (2004), Technical operational documentation the heading machine AM-50z type, Katowice, Poland [3] Lờ Nh Hựng (2007), Cụng ngh cao khai thỏc m hm lũ, Trng i Hc M - a Cht, H Ni [4] on Vn Ký (1997), Giỏo trỡnh Mỏy v thit b khai thỏc m, Nh xut bn Giao thụng ti, H Ni [5] Nguyn Doón Phc, Phan Xuõn Minh (1997), T ng Hoỏ vi SIMATIC S7-200, Nh Xut Bn Nụng Nghip, H Ni [6] Nguyn Ngc Phng, Hunh Nguyn Hong (2000), H thng iu khin bng thu lc, Nh xut bn Giỏo Dc [7] V ỡnh Tin, Trn Vn Thanh (2005), Cụng ngh khai thỏc than hm lũ, H Ni [8] Vin khoa hc cụng ngh M TKV (2008), Hng dn s dng Mỏy Khu MB 450E, H Ni [9] Vin khoa hc cụng ngh M TKV (2005), Hng dn s dng khi ng t HA-dk8.8/2/5VAC/5, H Ni [10] Vin khoa hc cụng ngh M TKV (2005), Hng dn s dng thit b cnh bỏo khớ Metan MTA 21.90, H Ni [11] Vin khoa hc cụng ngh M TKV (2010), Hng dn s dng ng b thit b c gii hoỏ VINAALTA H Ni [12] Vin khoa hc cụng ngh M TKV (2010), Thit k bn v thi cụng d ỏn u t ỏp dng th nghim cụng ngh c gii hoỏ ng b khai 89 thỏc s dng dn chng t hnh kt hp vi Mỏy Khu than ti cụng ty than Nam Mu H Ni [13] Qui chun k thut Quc gia v an ton khai thỏc than hm lũ QCVN - 01/2001/BTC [14] http://maythietbimo.com [15] http://www.tapchicongnghiep.vn/News [16] http://khaithac.forumotion.net [17] http://www.baomoi.com/Co-gioi-hoa-cong-nghe-khai-thac-than [18] http://www.baotintuc.vn/131N20110330092352566T0/hoan-thiencong- nghe-co-gioi-hoa-khai-thac-via-day-doc-o-cac-mo-than- ham-lo.htm [19] http://www.automation.org.vn [20] http://www.vinacomin.vn 90 ... cào điều khiển thiết bị - Hệ thống thủy lực ứng dụng cho máy khấu than - Thiết kế hệ thống điều khiển máy khấu dùng PLC Giới hạn đề tài Xây dựng nội dung hệ thống điều khiển thủy lực máy khấu than. .. đích nghiên cứu Nâng cao khả tự động hoá máy khấu khai thác than hầm lò Đối tượng nghiên cứu Hệ thống điều khiển thủy lực máy khấu than MG 200 –W1 10 Nhiệm vụ nghiên cứu - Tổng quan máy khấu than, ... hệ thống phụ trợ - Hệ thống truyền động máy khấu gồm: hệ thống truyền động khí hệ thống truyền động áp lực dầu - Hệ thống phụ trợ gồm: hệ thống phun sương làm mát hệ thống dầu bôi trơn * Hệ thống