Nghiên cứu ứng dụng vi xử lý điều khiển hệ truyền động biến tần động cơ trong công nghệ cân băng định lượng của dây chuyền sản xuất xi măng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP Lưu Văn Hùng NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VI XỬ LÝ ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN - ĐỘNG CƠ TRONG CÔNG NGHỆ CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG CỦA DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT XI MĂNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP Lưu Văn Hùng NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VI XỬ LÝ ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN - ĐỘNG CƠ TRONG CÔNG NGHỆ CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG CỦA DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT XI MĂNG Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa Mã số: 60520216 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS ĐỖ TRUNG HẢI THÁI NGUYÊN - 2014 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ -i- LỜI CAM ĐOAN Tên là: Lưu Văn Hùng Sinh ngày: 16 tháng 07 năm 1981 Học viên lớp cao học khóa K15 – Kỹ thuật điều khiển tự động hóa - Trường Đại Học Kỹ Thuật Cơng Nghiệp - Đại Học Thái Nguyên Hiện công tác tại: Trường Cao đẳng nghề Vĩnh phúc Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu nêu luận văn trung thực Những kết luận khoa học luận văn chưa cơng bố cơng trình Mọi thơng tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Thái Nguyên, ngày 15 tháng 12 năm 2014 HỌC VIÊN Lưu Văn Hùng - ii - LỜI CẢM ƠN hoàn thành Đại học Kỹ thuật Cơng nghiệp Thái Ngun Có luận văn tốt nghiệp này, tơi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Khoa Điện, Phòng Đào tạo, đặc biệt TS Đỗ Trung Hải, Trưởng Khoa Điện trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ với dẫn khoa học quý giá suốt q trình triển khai, nghiên cứu hồn thành đề tài “Nghiên cứu ứng dụng vi xử lý điều khiển hệ truyền động biến tần - động công nghệ cân băng định lượng dây chuyền sản xuất xi măng” Xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo, nhà khoa học trực tiếp giảng dạy truyền đạt kiến thức khoa học chuyên ngành Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa cho thân năm tháng qua Xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo đồng nghiệp Trường Cao đẳng nghề Vĩnh Phúc tạo điều kiện giúp đỡ tơi q trình làm luận văn Tuy nhiên, có hạn chế thời gian kiến thức nên Luận văn không tránh khỏi thiếu sót Tơi mong nhận ý kiến đóng góp thầy giáo, giáo nhà khoa học để tiến Trân trọng cảm ơn./ Thái Nguyên, ngày 15 tháng 12 năm 2014 HỌC VIÊN Lưu Văn Hùng - iii - MỤC LỤC Tính cấp thiết đề tài viii Mục tiêu nghiên cứu viii Dự kiến kết đạt ix Phương pháp phương pháp luận ix Cấu trúc luận văn .ix Kết luận kiến nghị .ix CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT XI MĂNG .1 1.1 Lý thuyết chung hệ thống cân băng định lượng 1.1.1 Đặt vấn đề .1 1.1.2 Khái niệm 1.1.3 Cấu tạo hệ thống cân băng định lượng .3 1.1.4 Cấu tạo băng tải 1.1.4 Nguyên lý tính lưu lượng cân băng định lượng 1.1.5 Khái quát điều chỉnh cấp liệu cho cân băng 1.2 Hệ điều chỉnh tốc độ động không đồng dùng biến tần .9 1.2.1 Động không đồng 1.2.2 Khái quát biến tần 12 1.2.3 Điều chỉnh tần số động biến tần 15 1.3 Cảm biến trọng lực Loadcell 16 1.3.1 Khái niệm Loadcell 16 1.3.2 Tế bào cân đo trọng lượng 17 1.3.3 Cấu tạo nguyên lý hoạt động 19 1.4 Băng tải cao su 22 1.5 Sensor đo tốc độ 24 1.5.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động: 24 1.5.2 Đo vận tốc băng tải .25 1.6 Đo khối lượng liệu băng 26 1.7 Kết luận chương 27 - iv - CHƯƠNG BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG 28 2.1 Cấu trúc điều khiển hệ thống cân băng định lượng 28 2.2 Phân phối lưu lượng băng tải .29 2.3 Điều khiển lưu lượng băng tải 30 2.3.1 Sơ đồ cấu trúc điều khiển băng tải 30 2.3.2 Nhận dạng mơ hình tốn học đối tượng .33 2.4 Lựa chọn thiết bị thực điều khiển .40 2.5 Card ghép nối điều khiển ArduinoDue 41 2.5.1 Nhiệm vụ card ghép nối điều khiển ArduinoDue 41 2.5.2 Giới thiệu ArduinoDue .41 2.5.3 Lập trình thuật tốn điều khiển lưu lượng ArduinoDue 45 2.6 Kết luận chương 46 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 47 3.1 Các thiết bị thực nghiệm 47 3.1.1 Động .47 3.1.2 Biến tần .48 3.1.3 Thiết bị điều khiển 48 3.1.4 Thiết bị đo khối lượng - Loadcell .50 3.1.5 Thiết bị đo vận tốc băng tải 52 3.1.6 Mơ hình thực nghiệm hệ thống cân băng định lượng 52 3.2 Thực nghiệm 54 3.2.1 Cấu trúc điều khiển hệ thống cân băng định lượng 54 3.2.2 Kết thực nghiệm 56 3.2.2 Kết thực nghiệm 56 3.3 Kết luận chương 67 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .67 Kết luận .67 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Kiến nghị 68 Tiếng Việt 69 Tiếng Anh 69 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Tin hieu Khoi luong tren bang tai (Kg/m) 2.4 M1 2.2 Khoi luong (Kg/m) 1.8 1.6 1.4 1.2 50 100 150 Time (s) Hình 34 Tín hiệu khối lượng băng tải nguyên liệu không đồng 3.2.2.3 Đánh giá kết thực nghiệm Từ kết thực nghiệm trên, thấy số đặc điểm sau: - Hệ thống thực toán phối liệu thành phần với - Đáp ứng của băng tải ln bám theo tín hiệu đặt kể có nhiễu ngun liệu khơng đồng - Thời gian xác lập nhanh, lượng điều chỉnh nhỏ 3.3 Kết luận chương Chương trình bày thiết bị phục vụ thực ngh iệm hệ thống cân băng định lượng với Điều khiển trung tâm thực phần mềm Matlab – Simulink Bộ điều khiển lưu lượng băng tải thực vi xử lý AT91SAM3X8E (Atmel) Đã thực nghiệm điều khiển hệ thống cân băng định lượng với sản lượng yêu cầu tỉ lệ thành phần vật liệu cụ thể, thử nghiệm khả điều khiển hệ có nhiễu tác động thu kết đạt với lý thuyết phân tích Điều khiển trung tâm thực vai trò phân phối liệu yêu cầu cho băng tải Bộ điều chỉnh lưu lượng băng trình bày chương thực tốt chức điều chỉnh lưu lượng KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Trên mơ hình thực nghiệm hệ thống cân băng định lượng Khoa Điện Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên - Đại học Thái Nguyên Tác giả nghiên cứu cứu khảo sát Nội dung luận văn tập trung vào nội dung luận văn Bản luận văn giải đầy đủ yêu cầu mục tiêu đề thu kết sau: + Nghiên cứu hệ thống cân băng định lượng dây chuyền sản xuất xi măng, thực thuật tốn điều khiển đáp ứng u cầu cơng nghệ Xây dựng cấu trúc điều khiển hệ thống + Xây dựng mơ hình tốn học hệ thống tổng hợp điều chỉnh lưu lượng cho hệ việc nhận dạng mơ hình tốn học hệ thống Luật điều khiển lưu lượng xác định theo phương pháp modul tối ưu + Để thực điều khiển phân phối liệu cho băng tải tác giả sử dụng Matlab – Simulink điều khiển lưu lượng băng tác giả sử dụng vi xử lý AT91SAM3X8E (Atmel) bo mạch ArduinoDue (Arduino) + Trên sở xây dựng mơ hình thực nghiệm Bộ mơn Tự động hóa Khoa Điện Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên - Đại học Thái Nguyên Các kết thực nghiệm kiểm chứng lý thuyết cho thấy hệ thống hoàn toàn đáp ứng yêu cầu đề Kiến nghị Hoàn thiện kết nghiên cứu để áp dụng vào thực tiễn sản xuất TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Bùi Quốc Khánh – Phạm Quốc Hải – Dương Văn Nghi (1999), Điều chỉnh tự động truyền động điện, nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Phùng Quang (1996), Điều khiển động không đồng xoay chiều ba pha, nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Phùng Quang (2004), Matlab & Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động, nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Trung Đồng (2006), Giáo trình Kỹ thuật Vi xử lý Nhà xuất Thái Nguyên Luận văn cao học Trần Đức Hùng (2014), Nghiên cứu ứng dụng phần mềm Matlab – Simulink điều khiển hệ truyền động biến tần động công nghệ cân băng định lượng Luận văn cao học Phạm Khánh Hoàng (2014), Nghiên cứu ứng dụng Vi xử lý điều khiển hệ truyền động biến tần động công nghệ cân băng định lượng Luận văn cao học Nguyễn Quang Huy (2014), Nghiên cứu ứng dụng PLC khiển hệ truyền động biến tần động công nghệ cân băng định lượng Tiếng Anh Bimal K Bose (1996), Power Electronics and Variable Frequency Drives, University of Tennessee, Knoxville, Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc., NewYork Devendra Rai, Brushless dc Motor – Simulink simulator, Department of Electronics and Communication Engineering, National Institute of Technology Karnataka, India DSP-based Electric Drives Laboratory, Getting Started with dSPACE, University of Minnesota Arduino, http://arduino.cc Atmel, http://atmel.com PHỤ LỤC Thông tin Vi xử lý AT91SAM: Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ PT1000 Single Point (3kg~250kg Anodised Aluminum) standard, 350x350mm and 400x500mm platforms A direct bolt replacement for most industry standard single point cells The PT1000 is a dual designed model providing for increased capacities Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ The smaller cell is from 3kg to 35kg and at only 22mm high and 130mm long it's perfect for small low cost retail scales, medical and check weighing applications with platforms up to 350mm x 350mm The larger size cell measures from 50kg to 250kg capacity and is ideal for platform sizes 400mm x 500mm Direct bolt industry standard makes both large and small PT1000's ready replacements for other less well-protected models The PT1000 comes as standard with SURESEAL sealing and is protected to IP66 This is a very compact cell for its capacity range SPECIFICATIONS Nominal Capacity 3kg ~ 250kg Signal Output at Capacity 2mV/V ± 10% Linearity Error < 0.020% FSO Non-Repeatability < 0.010% FSO Combined Error < 0.025% FSO Hysteresis < 0.015% FSO Creep/Zero Return (30 < 0.030% / 0.020% FSO mins) < 3.000% Capacity Zero Balance < 0.010% FSO Temperature Effect On < 0.015% Capacity Span/10°C Temperature 10 ~ 40°C Efect on Zero/10°C 30 ~ 70°C Compensated Temperature 100% of Rated Capacity Range Operating Temperature 150% of Rate Capacity Range 300% of Rated Capacity Service Load RED Safe Load GREEN Ultimate Load Excitation +ve Signal +ve DIMENSIONS Input Impedance 425Ω ± 15Ω Output Impedance 350Ω ± 3Ω Insulation Impedance >5000 MΩ at 100V DC ~ 12V AC/DC Excitation Voltage (Rec) AC/DC Excitation Voltage (Max) 15V Eccentric Loading < 0.0085% FSO (3 ~ 35kg) (effect/cm) < 0.0074% FSO (50 ~ 250kg) 0.4mm Deflection at Rated < ~ 70°C Capacity -50 4mm, Screened, PVC Storage Temperature Sheath Range Cable Type core x 0.09mmª (28 AWG) Cable Length 0.5 Metre (3kg ~ 35kg) Metre (50kg ~ 250kg) Material Finish Aluminium Anodised Excitation -ve Marine BLACK Signal -ve WHITE CAPACITIES Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ del Mo acity Cap PT1000-3kg PT1000-5kg PT1000-7kg PT100010kg PT100015kg PT100020kg PT100030kg PT100035kg PT100050kg PT1000100kg PT1000150kg PT1000200kg PT1000250kg 3kg 5kg 7kg 10kg 15kg 20kg 30kg 35kg 50kg 100kg 150kg 200kg 250kg (Due to PT’s policy of continuous development, specifications and products offered are subject to change without notice.) CONTROL TECHNIQUES This promo has been disabled The product set represented here may be out of date or incomplete Commander SE AC Drives Single or 3-phase, up to 50hp First 10 parameters meet the needs of 80% of drive applicatons, making set-up fast and effortless Open loop vector control with true space vector modulation offers precise control, algorithm provides full torque down to Hz for exceptional performance Includes Intelligent Thermal Management (ITM) technology for reliability Rated at 50�C ambient temperature to withstand severe operating conditions Terminal connection drawings and Level parameters (10) listed on drive's cover for on-the-spot drive set-up and maintenance Static auto-tune allows fast motor/drive optimization without motor shaf rotation Selectable stopping modes including ramp, coast, DC injection, and dynamic braking (except size 1) for added application requirement flexibility Part # HP(CT) A(CT) Price 208/230 VAC SE11200025 0.33 SE11200037 0.75 1PH 4.3 0.5 3.1 17 1PH/3PH 2.3 CALL CALL SE11200055 CALL SE11200075 10.6 1PH/3PH 1PH/3PH 4.3 7.5 7.5 10 CALL 3PH 3PH 25 28.5 1PH CALL SE2D200220 CALL SE23200400 CALL SE33200550 SE33200750 1.5 1PH SE2D200150 1PH CALL SE2D200075 3PH CALL CALL 380/480 VAC SE23400075 Includes two sets of motor map parameters saved in the drive's memory to allow sequenced switching between two motors with different Input Power 5.8 3PH 4.2 CALL SE23400400 3PH 2.1 CALL SE23400150 CALL SE23400220 3PH 9.5 3PH CALL operating characteristics SE33400550 7.5 3PH 13 CALL Customize drives to specific applications with configurable analog and digital I/O SE33400750 10 3PH 16.5 CALL SE43401100 15 3PH 24.5 CALL SE43401500 20 3PH 30.5 CALL Built-in independent PID control eliminates the need for external PID controller SE43401850 25 3PH 37 CALL SE53402200 30 3PH 46 CALL SE53403000 40 3PH 60 CALL B u i l t i n M O P ( m o t o r i z e d p o t e n t i o m e t e r ) e m u l a t e s f u n c t i o n a l i t y o f t raditional MOP with increase/decr ease pushb uttons FREE! SESof Windows based configuration tool (cable required) NEMA (IP21) enclosure RS485 serial communic ation with Modbus RTU protocol Plug in communicati ons via Profibus-DP, DeviceNet and InterbusS SE53403700 50 3PH 70 CALL ACCESSORIES • CT-COMMSCABLE 181.91 • in-stock parts ... toán điều khiển hệ truyền động biến tần động công nghệ cân băng định lượng dây truyền sản xuất xi măng Xây dựng mơ hình thực nghiệm ứng dụng vi xử lý để điều khiển hệ truyền động biến tần - động. .. CÔNG NGHIỆP Lưu Văn Hùng NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VI XỬ LÝ ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN - ĐỘNG CƠ TRONG CÔNG NGHỆ CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG CỦA DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT XI MĂNG Chuyên ngành: Kỹ thuật điều. .. trình triển khai, nghiên cứu hồn thành đề tài Nghiên cứu ứng dụng vi xử lý điều khiển hệ truyền động biến tần - động công nghệ cân băng định lượng dây chuyền sản xuất xi măng Xin chân thành cảm