TỰ ĐỘNG ĐỊNH HƯỚNG TRÊN MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP TỰ ĐỘNG ĐỊNH HƯỚNG TRÊN MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ Họ tên sinh viên: HOÀNG HỮU THẮNG Ngành: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG Niên khóa: 2006– 2010 Tháng 07 năm 2010 TỰ ĐỘNG ĐỊNH HƯỚNG TRÊN MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ Tác giả HỒNG HỮU THẮNG Khóa luận đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp kỹ sư ngành ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG Giáo viên hướng dẫn: KS NGUYỄN NGỌC CHINH Tháng 07 năm 2010 i LỜI CẢM ƠN Để đạt kết ngày hôm nay, xin cảm ơn cha mẹ sinh ra, nuôi dưỡng, chăm sóc, động viên, thương yêu chỗ dựa vững cho suốt năm học vừa qua Sau đó, em xin gởi lời cảm ơn đến quý thầy cô trường đại học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh, đặc biệt tồn thể thầy khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ tận tình dạy dỗ truyền đạt cho em kiến thức cần thiết suốt năm theo học trường Em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Ths Lê Văn Bạn – trưởng môn Điều Khiển Tự Động thầy KS Nguyễn Ngọc Chinh trực tiếp giúp đỡ, hướng dẫn em suốt trình thực đề tài Em xin chân thành cảm ơn thầy quý thầy xưởng thực tập tận tình hỗ trợ cho em nhiều để hồn thành đề tài Cuối cùng, xin cảm ơn tập thể bạn lớp DH06TD nói riêng bạn nói chung động viên, giúp đỡ suốt năm học vừa qua thời gian thực khóa luận Em xin chân thành cảm ơn! TP Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2010 Sinh viên thực hiện: Hồng Hữu Thắng ii TĨM TẮT Trong thời đại ngày nay, thiếu hụt nguồn điện cung cấp sản xuất sinh hoạt từ thuỷ điện, việc chế tạo loại máy phát điện cơng suất nhỏ từ nguồn lượng gió cần thiết Các máy cung cấp điện sinh hoạt đầy đủ cho vùng xa nguồn điện mà có nguồn gió dồi Nhưng hầu hết máy phát điện nhập từ nước có giá thành đắt cồng kềnh có gió lớn Đó ngun nhân hơm tôi\ thực đề tài: “Tự động định hướng máy phát điện gió” nhằm mục đích nghiên cứu vấn đề khoa học – kỹ thuật sở ứng dụng kiến thức trang bị năm học trường Đề tài “Tự động định hướng máy phát điện gió” tiến hành môn Điều Khiển Tự Động xưởng gia công thầy Lê Văn Bạn, từ ngày 12– 04 – 2010 đến ngày 30 – 07 – 2010 Kết đạt được: ¾ Chế tạo thành cơng máy tự động định hướng máy phát điện gió ¾ Bằng việc sử dụng vi xử lý ATMEGA32 để thiết kế mạch điều khiển động quay hướng gió kết góc lệch hiển thị lên hình LCD GRAPHIC ¾ Các mạch điều khiển, cơng suất, hiển thị hoạt động tương đối ổn định, bị nhiễu Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: KS NGUYỄN NGỌC CHINH HOÀNG HỮU THẮNG iii MỤC LỤC Trang Trang tựa i Lời cảm ơn ii Tóm Tắt iii Mục lục v Danh sách hình vii Danh sách bảng ix CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Tầm quan trọng đề tài .1 1.3 Mục đích đề tài 1.3.1 Mục đích chung 1.3.2 Mục đích cụ thể 1.4 Giới hạn đề tài CHƯƠNG TỔNG QUAN – TRA CỨU TÀI LIỆU 2.1 Tổng quan tình hình sử dụng lượng gió 2.1.1 Tình hình sử dụng lượng gió giới 2.1.2 Tình hình sử dụng lượng gió Việt Nam 2.2 Tổng quan máy phát điện gió 2.2.1 Nguyên lí cấu tạo phần tự động định hướng 2.2.2 Ảnh hưởng lệch hướng gió turbine 2.3 Các phương pháp xác định hướng gió 2.3.1 Tự động định hướng nhờ bánh lái 2.3.2 Tự động định hướng nhờ cảm biến 2.3.3 Tự động định hướng nhờ encoder 2.3.4 Định hướng trực tiếp qua máy tính cảm biến phần mềm hỗ trợ 10 2.4 Tra cứu linh kiện điện tử .11 2.4.1 Tìm hiểu encoder incremetal 11 2.4.2 Tìm hiểu LM7805 12 iv 2.5 2.4.3 Tìm hiểu IRF 540 9540 (MOSFET) 13 2.4.4 Tìm hiểu Opto 512 13 Nghiên cứu vi điều khiển 14 2.5.1 Định nghĩa .14 2.5.2 Tìm hiểu vi điều khiển ATMEGA32 14 2.6 Nghiên cứu mạch nạp chương trình cho vi điều khiển .16 2.7 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển Atmega 32 17 2.8 Nghiên cứu hiển thị LCD GRAPHIC 128*64 .19 2.9 2.10 2.8.1 Cấu tạo 19 2.8.2 Nguyên lý hoạt động .20 Tìm hiểu động điện chiều mạch đảo chiều .21 2.9.1 Động điện DC .21 2.9.2 Mạch đảo chiều động 21 Tìm hiểu cấu tạo truyền bánh hành tinh 21 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU 25 3.1 3.2 3.3 Địa điểm thời gian thực đề tài 25 3.1.1 Địa điểm 25 3.1.2 Thời gian 25 Phương pháp nghiên cứu .25 3.2.1 Chọn phương pháp thiết kế máy .25 3.2.2 Chọn phương pháp thiết kế phần khí 26 3.2.3 Chọn phương pháp thiết kế phần điện tử 26 3.2.4 Chọn phương pháp viết chương trình điều khiển 26 Phương tiện thực 26 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 27 4.1 4.2 Thiết kế máy 27 4.1.1 Chọn mơ hình chung .27 4.1.2 Chọn vật liệu chế tạo chi tiết 28 Thực phần khí 28 4.2.1 Tính chọn bánh hành tinh 28 4.2.2 Chế tạo phần vỏ hộp số 29 v 4.3 4.4 4.2.3 Thực làm đế turbine phát điện 30 4.2.4 Phần chi tiết lắp gió 31 4.2.5 Khớp nối trục động .31 4.2.6 Tính chọn ổ lăn 31 Thực phần điện tử 32 4.3.1 Làm mạch nguồn .32 4.3.2 Chọn encoder sơ đồ mạch cho encoder 32 4.3.3 Tính chọn động 33 4.3.4 Sơ đồ mạch cầu H cách li điện áp 34 4.3.5 Sơ đồ kết nối hiển thị kết .35 4.3.6 Mạch điều khiển tổng hợp .35 4.3.7 Làm hộp điện 37 Thực phần mềm 37 4.4.1 Lưu đồ khối phần mềm .37 4.4.2 Lưu đồ giải thuật 38 4.4.3 Chương trình điều khiển 39 4.5 Chạy thử nghiệm 40 4.6 Khảo sát 41 4.6.1 Mục đích khảo nghiệm 41 4.6.2 Phương pháp bố trí khảo nghiệm 41 4.6.3 Xử lý số liệu 42 4.7 Kết 42 4.8 Thảo luận .44 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 45 5.1 Kết luận 45 5.2 Đề nghị 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC vi DANH SÁCH CÁC HÌNH Trang Hình 2.1 Phát triển lượng gió giới thời gian 1997- 2010 .3 Hình 2.2 Cụm tua-bin nhà máy phong điện Tuy Phong – Bình Thuận Hình 2.3 Tổng quan máy phát điện gió Hình 2.4 Sơ đồ khối chứa hệ thống định hướng Hình 2.5 Ngun lí cấu tạo hoạt động Hình 2.6 Định hướng bánh lái Hinh 2.7 Định hướng cảm biến .9 Hình 2.8 Hình mơ tả dùng encoder để hướng gió 10 Hình 2.9 Hình phòng điều khiển trung tâm 11 Hình 2.10 Hình encoder incremental 11 Hình 2.11 Ngun lí hoạt động encoder .12 Hình 2.12 Sơ đồ chân LM7805 12 Hình 2.13 Sơ đồ chân IRF 540 9540 13 Hình 2.14 Sơ đồ chân Opto 512 13 Hình 2.15 Sơ đồ chân vi điều khiển ATMEGA32 15 Hình 2.16 Sơ đồ nguyên lý mạch nạp 17 Hình 2.17 Giao diện phần mềm lập trình Bascom-AVR .18 Hình 2.18 Cửa sổ hộp thoại Options 18 Hình 2.19 Hình dạng LCD GRAPHIC 128*64 19 Hình 2.20 Sơ đồ khối hiển thị LCD GRAPHIC 20 Hình 2.21 Cấu tạo chuyền bánh hành tinh 21 Hình 2.22 Nguyên lí giảm tốc bánh hành tinh 22 Hình 2.23 Ngun lí tăng tốc bánh hành tinh 23 Hình 2.24 Ngun lí dẫn động trực tiếp đầu cần dẫn 23 Hình 2.25 Ngun lí dẫn động trực tiếp đầu bánh bao 24 Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống máy xuất kết .25 Hình 4.1 Cấu tạo chung máy định hướng phát điện gió .27 Hình 4.2 Cấu tạo bánh hành tinh 28 vii Hình 4.3 Bộ bánh hành tinh hộp số 29 Hình 4.4 Nửa vỏ hộp số 29 Hình 4.5 Nửa vỏ hộp số 30 Hình 4.6 Giá đỡ turbine phát điện 30 Hình 4.7 Chi tiết ghép nối 31 Hình 4.8 Khớp nối động hộp số 31 Hình 4.9 Sơ đồ nguyên lý mạch tạo nguồn +5V 32 Hình 4.10 Encoder incremental 32 Hình 4.11 Sơ đồ mạch encoder 32 Hình 4.12 Động DC 33 Hình 4.13 Sơ đồ mạch cầu H cách li điện áp 34 Hình 4.14 Sơ đồ kết nối Atmega 32 với LCD GRAPHIC 35 Hình 4.15 Mạch điều khiển tổng hợp 36 Hình 4.16 Hộp điện điều khiển 37 Hình 4.17 Chương trình BASCOM – AVR cho vi điều khiển 39 Hình 4.18 Hình ảnh máy sau hồn thành .40 Hình 4.19 Hình máy máy chạy thử nghiệm 40 Hình 4.20 Màn hình hiển thị chương trình giới thiệu ban đầu 41 viii DANH SÁCH CÁC BẢNG Trang Bảng Bảng tốc độ gió trung bình Việt Nam Bảng Bảng xếp chức chân LCD GRAPHIC .19 Bảng Kết khảo sát đo 42 Bảng Kết đo 43 ix - Các vị trí khác tăng thêm 15 º hình hiển thị thực tế cộng thêm 15 º vào bên 4.8 Thảo luận Từ kết thu khảo nghiệm ta nhận thấy rằng: Đối với phần đo góc lệch tương đối xác, thời gian xác lập tương đối ổn định xác, chương trình chạy ổn định Tuy nhiên encoder có 24 xung/vòng thấp mà đo góc góc quay phụ thuộc vào encoder nên độ sai lệch góc thực tế góc hiển thị lớn 44 Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 5.1 Kết luận Sau thời gian thực đề tài, đề tài hồn thành xong u cầu đặt Tính tốn thiết kế chế tạo mơ hình lập trình tự động xác định hướng máy phát điện gió, cụ thể sau: - Phần khí: thiết kế vẽ lắp vẽ chi tiết để chế tạo tháp, chi tiết nối, phần vỏ hộp số, giá đỡ máy phát điện… - Phần điện tử: Đã tra cứu tìm hiểu số linh kiện điện tử để sử dụng phục vụ cho trình làm đề tài Đã tính tốn thiết kế, vẽ mạch nguyên lí phần mềm máy tính mạch điều khiển cho vi xử lí Atmega32 giao tiếp với LCD GRAPHIC mạch cầu H đảo chiều quay động điện đáp ứng tốt yêu cầu đề tài - Phần cứng điện tử: chạy mạch in máy tính làm mạch in lớp, hàn linh kiện để làm board mạch vừa điều khiển vừa cơng suất - Chương trình: chọn ngơn ngữ lập trình Bascom, đưa lưu đồ giải thuật viết chương trình đáp ứng yêu cầu đặt dựa sở tính tốn, đọc, xử lý điều khiển động xuất kết đo lên LCD GRAPHIC - Kết đạt : Chương trình phần mềm hoạt động tốt, mơ hình khí hoạt động ổn định, truyền hộp số chạy êm LCD GRAPHIC hiển thị tốt góc lệch so với giá trị encoder đưa Kết khảo nghiệm cho thấy hệ thống xác định hướng gió tương đối xác, thời gian xác lập động DC theo góc lệch cụ thể tương đối ổn định - Từ đưa mơ hình ứng dụng thực tế, nhiên độ sai lệch hướng gió thật hình hiển thị khoảng cho phép encoder 45 5.2 Đề nghị Do độ phân giải encoder thấp nên chênh lệch hướng gió turbine dao động khoảng 15 º Vì đề tài có hiệu thực tế cần số kiến nghị sau: Khi đưa mơ hình ứng dụng thực tế cần chọn encoder có độ phân giải cao để tín hiệu điều khiển mịn hiển thị xác góc thực tế Cần làm thêm cơng tắc hành trình gắn lên trục để tự xoay lại tránh trường hợp bị quấn dây 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO Dương Minh Trí, 1998 Sơ đồ chân linh kiện bán dẫn Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật Datasheet linh kiện Atmega 32, Op07, LCD, LM7805, IRF540, IRF9540 trang web : www.alldatasheet.com Lê Văn Bạn Bài giảng đo lường, Trường Đại Học Nơng Lâm TP Hồ Chí Minh Nguyễn Bá Vương, Giáo trình vi xử lý Atmega Nguyễn Hữu Phước Đo lường điều khiển Nhà xuất Hồng Đức The Wind turbine components and operation Henrik Stiesdal Trần Hữu Quế - Đặng Văn Cừ - Nguyễn Văn Tuấn Vẽ Kỹ Thuật tập Nhà xuất Giáo Dục Trần Hữu Quế - Đặng Văn Cừ - Nguyễn Văn Tuấn Vẽ Kỹ Thuật tập Nhà xuất Giáo Dục Ứng dụng KHKT chế tạo cụm phát điện lượng gió Sở cơng nghiệp Bình Định Phụ Lục Phụ lục Chương trình điều khiển cho vi điều khiển ATMEGA32 ∼∼∼∼∼∼Chương trình điều khiển∼∼∼∼∼∼ $regfile = "m32def.dat" $crystal = 8000000 $lib "glcdKS108.lbx" Config Graphlcd = 128 * 64sed , Dataport = Portc , Controlport = Portd , Ce = , Ce2 = , Reset = , Cd = , Rd = , Enable = Dim A As Byte , Xung As Integer , Kt As Byte , Check As Byte , Check1 As Byte , Quay As Byte Dim X As Single , Y As Single , Goc As Single , Ra As Single , X_o As Byte , Y_o As Byte , X_n As Byte , Y_n As Byte Dim Gocht As Word Const R = 23 Ddra = Ddrb = 12 Porta = 255 Portb = Quaytrai Alias Portb.2 Quayphai Alias Portb.3 E_trai Alias Pina.0 E_phai Alias Pina.1 Kt = X_o = 31 Y_o = 31 Cls Wait Showpic , , Gtdau Wait Cls Showpic , , Tendetai Wait Cls Showpic , , Tengvsv Wait Cls Setfont Font Showpic , , Hinh1 Circle(31 , 38) , 24 , 255 Showpic 64 , , Goclech Do Gosub Doc Goc = 15 * Xung Gocht = Abs(goc) Gocht = Gocht Mod 360 Ra = Deg2rad(goc) Y = R * Cos(ra) X = R * Sin(ra) X_n = Round(x) Y_n = Round(y) X_n = 31 + X_n Y_n = 38 - Y_n If Kt = Then Line(31 , 38) -(x_o , Y_o) , Line(31 , 38) -(x_n , Y_n) , 255 Lcdat , 68 , " " Lcdat , 68 , Gocht ; "o" Kt = X_o = X_n Y_o = Y_n End If If Xung > Then Reset Quayphai Set Quaytrai End If If Xung = Then Reset Quayphai Reset Quaytrai End If If Xung < Then Reset Quaytrai Set Quayphai End If Loop Doc: If E_trai = And Check1 = Then If E_phai = Then Check = Else Check = End If Check1 = End If If Check = Then If E_trai = And E_phai = Then Quay = If E_phai = And E_trai = Then Quay = End If If Check = Then If E_phai = And E_trai = Then Quay = If E_phai = And E_trai = Then Quay = End If If E_trai = And E_phai = Then If Quay = Then Gosub Qtrai If Quay = Then Gosub Qphai Check1 = Check = Quay = End If Return Qtrai: Incr Xung Kt = Return Qphai: Decr Xung Kt = Return End $include "font16x161.font" Gtdau: $bgf "hinh1.bgf" Tendetai: $bgf "hinh2.bgf" Tengvsv: $bgf "hinh3.bgf" Hinh1: $bgf "cb.bgf" Goclech: $bgf "hinh5.bgf" Phụ lục Bảng tra chọn ổ lăn Phụ lục Một số hình ảnh máy phát điện gió Việt Nam Hình máy phát điện khu cơng nghệ cao Tp.HCM Hình Cụm tua-bin phong điện Tuy Phong – Bình Thuận Phụ lục Hình ảnh thực đề tài Hình khảo sát Phụ lục Nghiên cứu hiển thị LCD GRAPHIC Bảng Bảng đấu nối môđun LCD GRAPHIC với vi điều khiển ATMEGA32 Chân số Kí hiệu Chức VSS GND VDD +5V V0 Nối với biến trở100K D/I Nối PD6 ATMEGA32 R/W Nối PD5 ATMEGA32 E Nối PD4 ATMEGA32 DB0 Nối PC0 ATMEGA32 DB1 Nối PC1 ATMEGA32 DB2 Nối PC2 ATMEGA32 10 DB3 Nối PC3 ATMEGA32 11 DB4 Nối PC4 ATMEGA32 12 DB5 Nối PC5 ATMEGA32 13 DB6 Nối PC6 ATMEGA32 14 DB7 Nối PC7 ATMEGA32 15 CS1 Nối PD3 ATMEGA32 16 CS2 Nối PD2 ATMEGA32 17 RES Nối PD1 ATMEGA32 18 VEE Nối biến trở 19 K Mắc đèn 20 A GND Phụ lục Bảng tra tiềm gió Việt Nam độ cao 65m biểu đồ hoa gió số điểm Việt Nam nước Đông Nam Á (được lấy từ webside viện điệnđiện tử-tin học Tp.Hồ Chí Minh) ... thực tập tận tình hỗ trợ cho em nhiều để hồn thành đề tài Cuối cùng, xin cảm ơn tập thể bạn lớp DH06TD nói riêng bạn nói chung động viên, giúp đỡ suốt năm học vừa qua thời gian thực khóa luận Em