Thiết kế thệ thống điều khiển băng tải theo hướng

Trang bị điện 2, Băng tải Thiết kế thệ thống điều khiển băng tải theo Thiết kế thệ thống điều khiển băng tải theo hướngThiết kế thệ thống điều khiển băng tải theo hướngThiết kế thệ thống điều khiển băng tải theo hướnghướng

Trang 1

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ BĂNG TẢI VẬN CHUYỂN 1

1.1 Các yêu cầu đối với băng tải vận chuyển 1

1.2 Đề xuất phương án thiết kế 1

1.3 Thiết kế giải pháp đo mức cho thiết bị 3

CHƯƠNG 2 LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN VÀ XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN 5

2.1 Lựa chọn thiết bị phục vụ điều khiển 5

2.2 Xây dựng mạch động lực 5

2.2.1 Thiết kế tủ động lực 5

2.2.2 Thiết kế sơ đồ cấp nguồn cho hệ vận tải liên tục 8

2.3 Xây dựng mạch điều khiển 14

2.3.1 Thiết kế mạch role trung gian 14

2.3.2 Thiết kế mạch đầu vào PLC 17

2.3.3 Thiết kế mạch đầu ra PLC 20

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC 21

3.1 Xây dựng thuật toán điều khiển 21

3.2 Các tín hiệu vào ra của PLC 21

3.3 Thiết kế chương trình PLC bằng phần mềm SIMATIC STEP7-300 24

3.3.1 Cấu hình trạm PLC: 24

3.3.2 Viết chương trình 25

3.3.3 Thuyết minh chương trình 29

3.3.4 Mô phỏng 30

Trang 2

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay cùng với sự công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước,nhiều ngành công nghiệp phục vụ quá trình công nghiệp phát triển của đất nước Như khai thác khoáng sản vận chuyển vật liệu trong các bến cảng trong các nhà máy Băng tải dùng để vận chuyển các vật liệu rời,nhờ những ưu điểm là có khả năng vận chuyển hàng hóa đi xa,làm việc êm, năng suất cao và tiêu hao năng lượng không lớn lắm Chính nhờ những ưu điểm đó mà băng tải được ứng dụng rộng rãi trong nhiều các lĩnh vực sản xuất như khai thác hầm mỏ,chế biến thực phẩm,vận chuyển hàng hóa,ứng dụng trong các bến cảng

Nhận thấy tầm quan trọng của băng tải trong các ngành công nghiệp và đây là một hệ thống cần có sự cải tiến và thiết kế mới,nhất là trong lĩnh vực trang bị điện và truyền động điện đóng góp vai trò nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.Vì vậy các hệ thống truyền động điện luôn luôn được quan tâm nghiên cứu để nâng cao nâng cao năng suất chất lượng để đáp ứng yêu cầu hiện đại hóa cao

Đề tài của của em “thiết kế hệ thống điều khiển băng tải vận chuyển theo hướng” Trong quá trình nhận đề tài với sự nỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ tận tình của PGS.TS Hoàng Xuân Bình, em đã hoàn tất xong cuốn đồ án này.Tuy nhiên do thời gian có hạn và kinh nghiệm bản thân nên bản đồ án này không tránh được những sai sót, em rất mong được sự đóng góp ý kiến chỉ bảo của các thầy cô và các bạn

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Điện của trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam đã tạo điều kiện và giúp đỡ tận tình để em hoàn thành cuốn đồ

án này

Trang 3

CHƯƠNG 1 ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ BĂNG TẢI VẬN CHUYỂN 1.1 Các yêu cầu đối với băng tải vận chuyển

Chế độ làm việc của các thiết bị vận tải liên tục là chế độ dài hạn với phụ tải hầu như không đổi Theo yêu cầu công nghệ hầu hết các thiết bị vận tải liên tục không yêu cầu điều chỉnh tốc độ Trong các phân xưởng sản xuất theo dây chuyền có nơi yêu cầu dải điều chỉnh tốc độ D = 2 : 1 để tăng nhịp độ làm việc của toàn bộ dây chuyền khi cần thiết

Hệ truyền động các thiết bị vận tải liên tục cần đảm bảo khởi động đầy tải Mô men khởi động của động cơ Mkd = (1.6 ~ 1.8) Mdm Bởi vậy nên chon động cơ truyền động thiết bị vận tải liên tục là loại động cơ có hệ số trượt lớn, rãnh stato sâu để có hệ số mở máy lớn

Nguồn cung cấp cho động cơ truyền động các thiết bị vận tải liên tục cần có dung lượng đủ lớn, đặc biệt là đối với công suất động cơ ≥ 30kw, để khi mở máy không ảnh hưởng đến lưới điện và quá trình khởi động được thực hiện nhẹ nhàng và dễ dàng hơn

Để điều khiển cũng như vận hành băng tải trước hết phải kiểm tra các thiết bị trên băng tải, kiểm tra sự sẵn sàng làm nhiệm vụ của băng tải Theo quy định việc khởi động các băng tải được thực hiện từ phũng điều khiển trung tâm (khởi động từ xa) Sơ đồ điều khiển các động cơ điện của băng tải đƣợc bố trí thích hợp, để tiến hành khởi động các băng từ bảng điều khiển trung tâm Để điều khiển tự động từ bảng điều khiển bằng các khóa điều khiển, phải chọn sơ đồ cấp liệu Sau khi đặt khóa điều khiển vào vị trí tự động các đèn vị trí của thiết bị này sẽ nhấp nháy Sau đó tín hiệu từ sơ đồ khởi động trung tâm sẽ chạy băng cuối cùng theo tuần tự của tuyến băng tải

Trang bị điện cho các thiết bị vận tải liên tục phải đảm bảo các bảo vệ thông thường như :bảo vệ ngắn mạch, bảo vệ không, bảo vệ quá tải và một số dạng bảo vệ khác nhau như bảo vệ thứ tự pha, bảo vệ liên động Thiết bị sử dụng cho hệ thống trang bị điện cho băng chuyền, băng tải trong các nhà máy hiện nay thường sử dụng các thiết bị lập trình được như PLC,…

Các nguyên tắc cơ bản về thiết kế điều khiển thiết bị vận tải liên tục:

− Thứ tự khởi động các băng tải ngược chiều với hướng vận chuyển dòng vật liệu

− Dừng băng tải bất kì nào đó chỉ được phép khi băng tải trước nó đã dừng

Trang 4

Hình 1.2 Phương pháp thiết kế hệ thống băng tải

Thiết kế hệ thống như Hình 1.2, Băng tải có 3 hướng vận chuyển vật liệu Vật liệu được vận chuyển từ băng tải BT1 vào thùng chứa TP1 sau đó vật liệu được phân phối theo

2 đường chính: đường thứ nhất theo băng tải BT2 đổ vào silo S1,đường thứ 2 đi theo băng tải BT3 vào thùng chứ TP2 Từ thùng chứa TP2 sẽ phân phối ra 2 hướng khác.Một hướng theo BT4 đổ vào silo S2 và hướng còn lại theo băng tải BT5 vào silo S3

Các yêu cầu thiết kế hệ thống:

− Thứ tự khởi động các băng tải ngược chiều với dòng khởi động của vật liệu

− Khi dừng băng tải nào đó chỉ được phép khi băng tải trước đó đã được dừng

− Phải có cảm biến lưu lượng băng tải và cảm biến báo mức các thùng chứa + Thùng phân phối TP1 quyết định cho băng tải BT1 hoạt động hay không

Trang 5

− Van 2 đóng khi thùng chứa 2 đầy và mở khi báo mức vật liệu ở thùng chứa 2 ở mức thấp

− Van 3 đóng khi silo 2 báo đầy và được mở ra khi báo mức vật liệu ở silo 2 ở mức thấp

− Van 4 đóng khi silo 3 báo đầy và được mở ra khi báo mức vật liệu ở silo 3 ở mức thấp

1.3 Thiết kế giải pháp đo mức cho thiết bị

− Giải pháp sử dụng cân băng tải BELT SCALE của SIEMENS

Một hệ thống cân băng tải cơ bản có các thành phần: Một cầu cân gắn các loadcell, một bộ tích hợp và một sensor tốc độ Các loadcell (Cảm biến lực) sẽ đo trọng lượng của vật liệu trên cân và gửi tín hiệu về bộ tích hợp Bộ này cũng nhận tín hiệu xung điện từ sensor tốc độ (được gắn ở đuôi hoặc đáy băng), bộ tích hợp sẽ sử dụng các tín hiệu này để tính toán năng suất vật liệu qua băng, bằng công thức: khối lượng x tốc độ = năng suất Công suất 3-5 KW

Hình 1.3.1 Thiết bị cân bằng tải Siemens Milltronics MLC

Sử dụng với dải công suất thấp, phù hợp với việc theo dõi các sản phẩm như thức ăn chăn nuôi, thuốc lá, phân bón hoặc đường thiết kế nhỏ gọn bằng thép không gỉ, lắp đặt dễ dàng, giá thành thấp

+ sử dụng cảm biến đo mức dạng xoay DF21 của MOLLET cho thùng chứa

và silo

Trang 6

Hình 1.3.2 Cảm biến dạng xoay DF21

− Nhiệt độ làm việc: -25…+80 độ C (max là 1000 độ C)

− Áp suất làm việc tối đa: 10 bar

− Vật liệu housing: nhôm hoặc inox 304

− Độ dài cánh xoay: 100mm (có thể kéo dài lên đến 1m)

− Kết nối ren hoặc mặt bích

− Output: Relay NO/NC

− Chống bám bụi và chống cháy nổ

− Ứng dụng: báo đầy báo cạn xi măng, cát, đá, bột, thức ăn gia súc…

Trong quá trình lắp đặt, cần chú ý lắp cánh xoay phải nằm hoàn toàn trong tank, silo như hình trên Ngoài ra, cần tránh lắp cảm biến tại những nơi là đường đổ liệu vào Vì như vậy sẽ làm cho cảm biến báo sai và không hiệu quả

Trang 7

CHƯƠNG 2 LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN VÀ XÂY DỰNG MẠCH

ĐIỀU KHIỂN 2.1 Lựa chọn thiết bị phục vụ điều khiển

Để điều khiển hệ thống băng tải trước hết phải có một phòng điều khiển trung tâm bao gồm:

Trạm vận hành (IOS – Operator station) là giao diện giữa người và máy, người vận hành điều khiển các thiết bị và theo dõi quá trình hoạt động thông qua bàn phím và màn hình hiển thị (Màn hình hiển thị kiểu touch screen)

Nó được sử dụng cho việc lưu trữ dữ liệu của DCS

Phòng kỹ thuật (IES – Engineering work Station), được sử dụng làm nơi tạo ra các phần mềm cho DCS

Thiết bị được đặt trong phòng kĩ thuật là một máy tính cá nhân và phần mềm chạy trên hệ điều hành Windows

Ba thiết bị trên được đặt tại phòng điều khiển trung tâm (CCR)

Ngoài ra các thiết bị phụ trợ khác như máy in đen trắng, máy in màu… cũng được đặt tại CCR

Trạm điều khiển (ICS – Control Station), là tủ chứa bộ vi xử lý đa mạch vòng cơ bản

và điều khiển chung

Đường truyền dữ liệu (DPCS – F), truyền tải dữ liệu với tốc độ đường truyền dữ liệu cao giữa trạm vận hành (IOS), trạm dữ liệu (IDS) và phòng kỹ thuật (IES)

Bộ điều khiển logic khả trình PLC của SEMEN dùng để điều khiển các động cơ

Hệ thống băng tải làm việc cũng là lúc các tín hiệu được báo về phòng điều khiển trung tâm thông qua màn hình máy vi tính, ngoài ra hệ thống camera được đặt tại dây chuyền băng tải cho phép người vận hành biết được quá trình hoạt động cũng như các lỗi trong khâu sản xuất

2.2 Xây dựng mạch động lực

2.2.1 Thiết kế tủ động lực

Trang 8

Hình 2.2.1.1 Sơ đồ tủ điều khiển tập trung

Trên sơ đồ Hình 2.2.1.1, thể hiện sơ đồ tủ điều khiển tập trung Sử dụng sơ đồ tủ điều khiển tập trung này có ưu điểm là đỡ tốn dây dẫn và giảm số lượng nguồn cấp nên tiết kiệm được chi phí Sơ đồ này gồm 1 tủ điện nguồn phân phối chính, 1 tủ PLC, 5 tủ động cơ băng tải M-1, M-2, M-3, M-4, M-5, 4 tủ điều khiển động cơ van V1, V2, V3 và V4

Trang 9

Hình 2.2.1.2 Kích thước của tủ điện

Trang 10

2.2.2 Thiết kế sơ đồ cấp nguồn cho hệ vận tải liên tục

Hình 2.2.2.1 Sơ đồ cấp nguồn chính

Trên sơ đồ Hình 2.2.2.1 biểu diễn sơ đồ mạch cấp nguồn chính cho hệ thống băng tải Điện được lấy từ lưới, cấp nguồn cho động cơ băng tải, động cơ van và mạch điều khiển Đóng 1MCB nguồn điện đi tới rơle thứ tự pha Rơle thứ tự pha có nhiệm vụ kiểm tra thứ tự pha Máy biến áp 1Tr, 2Tr, có nhiệm vụ biến đổi hạ áp nguồn đến giá trị thích hợp đề đo vôn kế V.Biến dòng có nhiệm vụ biến đổi giảm dòng điện đến giá trị 5A phục vụ cho Ampe

kế đo điện áp Máy biến áp Tr4 có nhiệm vụ hạ áp, cấp nguồn 220V Bộ nguồn 24VDC có nhiệm vụ cấp nguồn cho mạch điều khiển

Trang 11

Hình 2.2.2.2 Sơ đồ mạch động lực cho động cơ băng tải BT1 và BT2

Trên Hình 2.2.2.2, thể hiện sơ đồ mạch động lực cho các động cơ băng tải BT1, BT2 Động cơ được khởi động trực tiếp.Trên mỗi động cơ đều có các Vôn kế và Ampe kế để đo điện áp và dòng điện.Bên cạnh đó còn có các rơle nhiệt RT1 và RT2 để bảo vệ quá tải

Trang 12

Hình 2.2.2.3 Sơ đồ mạch động lực cho động cơ băng tải BT3 và BT4

Trên Hình 2.2.2.3, thể hiện sơ đồ mạch động lực cho các động cơ băng tải BT3, BT4 Mỗi động cơ đều có Vôn kế và Ampe kế để đo điện áp và dòng điện khi làm việc Ngoài ra còn có bảo vệ quá tải động cơ bằng các rơle nhiệt Rt3 và RT4 Động cơ được khởi động bằng phương pháp trực tiếp

Trang 13

Hình 2.2.2.4 Sơ đồ mạch động lực cho động cơ băng tải BT5

Trên Hình 2.2.2.4, thể hiện sơ đồ mạch động lực cho động cơ băng tải BT5 Cũng như các hình 2.4 và 2.5 thì động cơ được khởi động trực tiếp.Trên mỗi động cơ đều có các Vôn

kế và Ampe kế để đo điện áp và dòng điện.Bên cạnh đó còn có các rơle nhiệt RT5 để bảo

vệ quá tải

Trang 14

Hình 2.2.2.5 Sơ đồ mạch động lực động cơ van V1 vàV2

Trang 15

Hình 2.2.2.6 Sơ đồ mạch động lực động cơ van V3 vàV4

Trên hình 2.2.2.5 và hình 2.2.2.6 thể hiện sơ đồ mạch động lực cho các động cơ van V1, V2, V3 và V4 Động cơ được khởi động trực tiếp.Trên mỗi động cơ đều có các Vôn kế

và Ampe kế để đo điện áp và dòng điện.Bên cạnh đó còn có các rơle nhiệt RT6, RT7, RT8, RT9 để bảo vệ quá tải

Trang 16

2.3 Xây dựng mạch điều khiển

2.3.1 Thiết kế mạch role trung gian

Hình 2.3.1.1 Mạch rơ le trung gian cho các nút ấn

Trên Hình 2.3.1.1 gồm có các tiếp điểm phụ của của 6 nút start và 6 nút stop có thể cấp nguồn cho hệ thống ở nhiều vị trí khác nhau

Trang 17

Hình 2.3.1.2 Mạch role trung gian cho động cơ băng tải và van

Trên hình 2.3.1.2 gồm các tiếp điểm phụ của các role MC, MC1……13MC1 và các cuộn hút của công tắc MC, MC1, ….13MC1 Nếu đầu ra của PLC cấp tín hiệu điều khiển thì các tiếp điểm của các role đóng MC, MC1, … 13MC1 đóng lại cấp nguồn cho các công tắc tơ MC, MC1, …13MC1

Trang 18

Hình 2.3.1.3 Mạch role trung gian cho các cảm biến của TP và Silo

Trang 19

2.3.2 Thiết kế mạch đầu vào PLC

Hình 2.3.2.1 Mạch đầu vào PLC thứ nhất

Trang 20

Hình 2.3.2.2 Mạch đầu vào PLC thứ hai

Trang 21

Hình 2.3.2.3 Mạch đầu vào PLC thứ ba

Trên hình 2.3.2.1, 2.3.2.2, 2.3.2.3 gồm có các tiếp điểm phụ 1MCB, 2MCB, 3MCB, 4MCB, …,13MCB để điều khiển cấp nguồn Tiếp đến là các nút khởi động bằng nút ấn start và tín hiệu dừng bằng nút stop Bên cạnh đó là các tín hiệu báo mức HLTP1, LLTP1, HLTP2, LLTP2, HLS1, LLS1, HLS2, LLS2, HLS3, LLS3 và các tín hiệu chống quá tải cho động cơ RT1, RT2, RT3, RT4, RT5, RT6, RT7, RT8, RT9

Trang 23

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC 3.1 Xây dựng thuật toán điều khiển

Trang 24

STT Tín hiệu vào hệ thống Địa chỉ

đầu vào PLC

Ý nghĩa

1 Nút khởi động (Start→

start 5)

I0.0 Tín hiệu khởi động

2 Nút dừng ( Stop → Stop5) I0.1 Tín hiệu dừng

8 Rơle nhiệt RT6 I0.7 Dừng động cơ Van1

12 Cảm biến mức S1HL I1.3 Khóa V1 VÀ Dừng BT2

13 Cảm biến mức S1LL I1.4 Mở V1 và chạy BT2

14 Cảm biến mức S2HL I1.5 Dừng BT4 và khóa V3

15 Cảm biến mức S2LL I1.6 Chạy BT4 và mở V3

16 Cảm biến mức S3HL I1.7 Dừng BT5 và khóa V4

17 Cảm biến mức S3LL I2.0 Chạy BT5 và mở V4

Trang 25

24 Tiếp điểm phụ 3MCB I2.7 Điều kiện khởi động của hệ thống

Bảng 3.2.1 Tín hiệu đầu vào PLC

STT Tín hiệu ra hệ thống Địa chỉ đầu

Trang 26

7 Rơle 7MC1 cấp nguồn điều khiển

10 Rơle 10MC1 cấp nguồn điều

khiển cho van 3

Q1.1 Khởi động thuận V3

khiển cho van 3

Q1.2 Khởi động nghịch V3

khiển cho van 4

Q1.3 Khởi động thuận V4

khiển cho van 4

Q1.4 Khởi động nghịch V4

Bảng 3.2.2 Tín hiệu đầu ra PLC

3.3 Thiết kế chương trình PLC bằng phần mềm SIMATIC STEP7-300

3.3.1 Cấu hình trạm PLC:

Trang 27

Hình 3.3.1.1 Cấu hình trạm PLC

Trên hình 3.3.1.1 là cấu hình trạm PLC gồm các thành phần module nguồn, CPU, module vào ra số

3.3.2 Viết chương trình

Trang 31

3.3.3 Thuyết minh chương trình

− Trước khi khởi động thì các role nhiệt RT1, RT2, RT3, RT4, RT5, RT6, RT7, RT8, RT9 là các tiếp điểm thường đóng và các tiếp điểm phụ 1MCB, 2MCB,….12MCB đều đã được đóng

− Nguyên lí hoạt động

Muốn khởi động ta ấn nút start để cấp nguồn cho biến nhớ M0.0 và các tiếp điểm thường mở M0.0 đóng lại sẵn sàng cho việc khởi động Khi có tín hiệu của cảm biến TP1LL thì băng tải 1 sẽ dc khởi động ngược lại khi có tín hiệu của cảm biến TP1HL thì băng tải 1 sẽ dừng.Tiếp đến S1HL có tín hiệu thì sẽ dừng băng tải 2 và đóng van 1 và khi S1LL có tín hiệu thì sẽ khởi động băng tải 2 và mở van 1 Tương tự thì cảm biến TP2LL có

Định dạng
Số trang	37
Dung lượng	1 MB