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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LÊ QUANG THINH “ Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển máy khấu than dùng điều khiển PLC” LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Trần Thị Thanh Hải Hà Nội – Năm 2011 MỤC LỤC Lời cam đoan Lời cảm ơn Danh mục bảng biểu Danh mục hình vẽ, đồ thị Phần mở đầu Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu 10 Đối tượng nghiên cứu 11 Nhiệm vụ nghiên cứu 11 Giới hạn đề tài 11 Ý nghĩa khoa học thực tiễn 11 Phương pháp nghiên cứu 11 7.1 Phương pháp nghiên cứu lý luận 11 7.2 Phương pháp nghiên cứu thực tiễn 11 Bố cục luận văn 11 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VỀ MÁY KHẤU THAN VÀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG MÁY KHẤU THAN TẠI CÁC MỎ THAN CỦA VIỆT NAM 13 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY KHẤU THAN .13 1.1.1.Lịch sử phát triển máy khấu than ( COMBAI ) .13 1.1.2 Hình ảnh minh hoạ số loại máy khấu than 14 1.2 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG MÁY KHẤU THAN TẠI CÁC MỎ THAN Ở VIỆT NAM 17 1.2.1 Lịch sử nghiên cứu đánh giá khả giới hố khai thác hầm lị vùng Quảng Ninh 17 1.2.2 Mục tiêu, số kết phương hướng phát triển công nghệ giới hoá khai thác than Việt Nam 18 1.3 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY KHẤU LOẠI HAI TAY KHẤU VÀ QUY TRÌNH KHAI THÁC THAN SỬ DỤNG MÁY KHẤU 21 1.3.1 Kết cấu hình dáng sơ máy khấu loại hai tay khấu .21 1.3.2 Quy trình khai thác máy khấu (trình tự khấu gương) 21 KẾT LUẬN CHƯƠNG I: .266 CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ KHAI THÁC THAN CƠ GIỚI HOÁ SỬ DỤNG MÁY KHẤU, DÀN CHỐNG TỰ HÀNH, MÁNG CÀO 27 2.1 CÔNG NGHỆ KHAI THÁC 27 2.1.1 Bản chất công nghệ khai thác 27 2.1.2 Tổ hợp thiết bị sử dụng trình khai thác 27 2.2 ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT, PHÂN TÍCH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THUỶ LỰC CỦA MÁY KHẤU, DÀN CHỐNG TỰ HÀNH, MÁNG CÀO 27 2.2.1 Đặc tính kỹ thuật phân tích hệ thống điều khiển thuỷ lực Máy khấu MG 200 – W1 27 2.2.2 Dàn chống tự hành VINAALTA 2.0/3.15 (longwall roof) 44 2.2.3 Máng cào DSS 260 – x 132kw – 120m 47 2.3 QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ KHAI THÁC .53 KẾT LUẬN CHƯƠNG II 56 CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN KHẢ LẬP TRÌNH PLC S7 - 200 57 3.1 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 57 3.1.1 Các đặc điểm bật PLC 57 3.2 NGƠN NGỮ LẬP TRÌNH CHO PLC 62 3.2.1 Lược đồ hình thang LAD 62 3.2.2 Liệt kê câu lệnh STL (Statement List) 65 3.2.3 Sơ đồ khối chức FBD (Function Block Diagram) 65 3.3 GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-200 CỦA SIEMENS .666 3.3.1 Định nghĩa S7-200 CPU .66 3.3.2 Các khái niệm PLC S7-200 67 3.3.3 Giới thiệu vùng nhớ: 71 KẾT LUẬN CHƯƠNG III 74 CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN KHẢ LẬP TRÌNH PLC S7-200 THIẾT LẬP CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN MÁY KHẤU THAN 75 4.1 ĐẶT CÁC ĐẦU VÀO RA CỦA PLC VÀ THUYẾT MINH QUI TRÌNH ĐIỀU KHIỂN MÁY KHẤU 75 4.1.1 Đặt đầu vào cho PLC 75 4.1.2.Thuyết minh qui trình điều khiển máy khấu 76 4.2 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN MÁY KHẤU 767 KẾT LUẬN CHƯƠNG IV 86 KẾT LUẬN VÀ MỘT SỐ KIẾN NGHỊ 88 Kết luận 88 Một số kiến nghị .87 TÀI LIỆU THAM KHẢO .90 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan, mà tơi viết luận văn tìm hiểu nghiên cứu thân Mọi kết nghiên cứu ý tưởng tác giả khác có trích dẫn nguồn gốc cụ thể Luận văn chưa bảo vệ hội đồng bảo vệ luận văn thạc sỹ chưa công bố phương tiện thơng tin Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm mà tơi cam đoan Hà Nội, tháng 03 năm 2011 Hc viờn Lờ Quang Thinh Lời cảm ơn Tác giả luận văn xin chân thành cảm ơn Viện khoa học cơng nghệ Mỏ - TKV, Viện Cơ Khí - Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, Viện đào tạo sau đại học Trường Đại Học Bách khoa Hà Nội, Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất, Bộ môn Kỹ Thuật Cơ Khí - Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất, Bộ môn Máy - Thiết bị Mỏ - Đại Học Mỏ - Địa Chất, Công Ty Than Vàng Danh - TKV, tạo điều kiện để tác giả hồn thành luận văn Đặc biệt, với lịng biết ơn sâu sắc, tác giả xin chân thành cảm ơn TS Trần Thị Thanh Hải, người trực tiếp hướng dẫn tác giả làm luận văn Xin cảm ơn Ban giám hiệu đồng nghiệp trường Đại Học Mỏ - Điạ Chất Đông Ngạc - Từ Liêm - Hà Nội tạo điều kiện, giúp đỡ, cộng tác, động viên, chia sẻ để tác giả hoàn thành luận văn tốt nghiệp Do trình độ thân cịn hạn chế, luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong nhận ý kiến đóng góp, bổ sung Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp bạn đọc để luận văn hoàn thiện Tác giả xin chân thành cảm ơn! Tác giả luận văn Lê Quang Thinh DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Đặc tính kỹ thuật dàn tự hành VINAALTA Bảng 2.2: Các nút chức điều khiển dàn chống Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật Máng cào DSS 260 – x 132kw – 120m Bảng 3.1: Địa đặt cho modul mở rộng CPU 214 Bảng 3.2: Các loại PLC S7-200 bán thị trường DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Máy khấu tay khấu Hình 1.2 Máy khấu hai tay khấu MB 320E Hình 1.3 Máy khấu hai tay khấu MG200-W1 Hình 1.4 Máy khấu MG375-AW Hình 1.5 Máy khấu MG150-376 W Hình 1.6 Máy khấu SL 750 Hình 1.7 Hình dáng sơ loại máy khấu hai tay khấu Hình 1.8 Trạng thái đầu chu kỳ khai thác máy khấu Hình 1.9 Trạng thái bắt đầu khai thác máy khấu Hình 1.10 Quá trình máy khấu khai thác hết gương bên phải Hình 1.11 Quá trình máy khấu khai thác quay trở lại Hình 1.12 Q trình máy khấu khai thác phía bên trái Hình 1.13 Máy khấu kết thúc khai thác Hình 2.1 Máy khấu MG200-W1 Hình 2.2 Sơ đồ thủy lực máy khấu MG200-w1 Hình 2.3 Sơ đồ đường tuần hồn dầu Hình 2.4 Sơ đồ đường bổ sung dầu trao đổi nhiệt Hình 2.5 Sơ đồ thuỷ lực điều khiển nâng hạ hai tay khấu Hình 2.6 Sơ đồ cấu điều chỉnh tốc độ, chiều quay bơm Hình 2.7 Sơ đồ bảo vệ tải Hình 2.8 Sơ đồ bảo vệ thấp áp Hình 2.9 Sơ đồ hệ thống bảo vệ cơng suất Hình 2.10 Sơ đồ hệ thống bảo vệ trượt máy Hình 2.11 Sơ đồ hệ thống phun sương dập bụi làm mát Hình 2.12 Dàn chống tự hành Hình 2.13 Kết cấu dàn chống VINAALTA Hình 2.14 Hộp điều khiển dàn chống Hình 2.15 Kết cấu máng cào Hình 2.16 Trạm truyền động Hình 2.17 Máng Hình 2.18 Máng kiểm tra Hình 2.19 Máng quay đặc biệt Hình 2.20 Máng tháo dịch chuyển Hình 2.21 Máng nhận dịch chuyển Hình 2.22 Xích máng cào Hình3.1 Cấu trúc PLC Hình 3.2 Modul mở rộng EM 222 PLC Hình 3.3 CPU 214 với modul mở rộng Hình 3.4 Minh hoạ quét PLC thực Hình 3.5 Các ký hiệu tiêu chuẩn sử dụng cho thiết bị nhập xuất Hình 3.6 Ví dụ số phần tử sơ đồ khối Hình 3.7 Hình ảnh bên ngồi PLC Hình 3.8 PLC thiết bị ngoại vi Hình 3.9 Vịng qt chương trình Hình 3.10 Cách truy nhập theo bit Hình 3.11 Cách truy nhập theo Byte, Word hay Double Word Hình 3.12 Truy nhập Timer Bit giá trị tức thời biến thời gian Hình 3.13 Kích thước liệu phụ thuộc vào cấu trúc lệnh Hình 3.14 Các kiểu liệu Hình 4.1 Sơ đồ khối PLC MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Qua nhiều trình phát triển với ứng dụng thành tựu khoa học công nghệ đại, máy khấu (combai) khai đào trở thành thiết bị khai đào phổ biến toàn giới Từ thiết bị dùng khai đào lộ thiên đến việc áp dụng chúng ngầm; từ máy khấu có kết cấu đơn giản kiểu cổ điển đến việc phát triển chúng thành thiết bị đa tích hợp nhiều thiết bị khác kèm; từ thiết bị chuyên để khai đào than đá mềm có độ cứng nhỏ, hai thập kỷ gần combai áp dụng vào khai đào đá rắng cứng đến cứng đến 140 MPa chí vài máy lên tới 200 MPa Đây bước ngoặt công nghệ, việc áp dụng chúng ngành mỏ đem lại nhiều lợi ích mặt kinh tế, môi trường, người thay máy móc nhiều cơng đoạn làm việc nguy hiểm độc hại số công trình có tính chất đặc biệt như: cơng trình hầm thành phố nơi có đơng dân cư, cơng trình hầm nơi có khu di tích lịch sử danh lam thắng cảnh, cơng trình hầm gần nơi nhạy cảm chấn động, cơng trình hầm bí mật quân combai tỏ ưu tuyệt đối so với đào hầm cơng nghệ khoan – nổ mìn truyền thống [17] Hiện số mỏ than Việt Nam áp dụng cơng nghệ giới hố khai thác than sử dụng số loại máy khấu MG200-W1, MG150/375-W mỏ than Khe Chàm, MB450E mỏ than Vàng Danh kết hợp đồng với số loại dàn chống tự hành Vinaalta -2.0/3.15 số loại máng cào máng cào DSS 260-2x132kw-120m cho hiệu khai thác độ an toàn cao Việc ứng dụng công nghệ khai thác đại cơng nghiệp than Việt Nam cịn tiếp tục phát triển mạnh mẽ thời gian tới [17,18] Hệ thống khai thác than giới hoá đồng sử dụng máy khấu kết hợp với dàn chống tự hành máng cào điều khiển hệ thống điện thủy lực cho dàn chống, máy vận tải, băng tải… tín hiệu vào I0.6 ngắt cấp điện cho toàn hệ thống [10] 4.2 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN MÁY KHẤU 4.2.1 Sơ đồ khối PLC start Đặt chiều di chuyển máy khấu Chọn chiều phải Đ Kiểm tra hỏng hóc nồng độ khí Metan má Cã sù cè S Chän chiỊu tr¸i 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 dËp bơi Më van phun su¬ng dËp bơi Van më Có cố S 15s Bật cảnh báo âm máy khấu hoạt động 20s 20s S S Van më § § 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 khÊu Hai tang khÊu quay S S S § 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 vÞ trÝ Hai tang khÊu quay S Hai tay khÊu 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 đà lùi đuợc 1m Đảo chiều động di chun m¸y khÊu lïi m¸y khÊu 1m S M¸y khÊu đà 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 khÊu S Hai tang khÊu dõng § S § Than nãc ®· thu håi hÕt Ên nót Replay S Than đà thu hồi hết ấn nút Replay Đ Đ Hình 4.1: Sơ đồ khối PLC 77 S 4.2.2 Chương trình điều khiển máy khấu dùng PLC 78 79 80 81 82 83 84 85 KẾT LUẬN CHƯƠNG IV Trong chương tác giả phần giải toán điều khiển hoạt động máy khấu theo qui trình tự động có hỗ trợ PLC S7 200 Với chương trình này, máy khấu hoạt động tự động mà không cần điều khiển trực tiếp người vận hành Việc lựa chọn đầu vào PLC cho thấy, S7200 hoàn tồn có khả đáp ứng u cầu cơng nghệ cho hoạt động máy khấu 86 KẾT LUẬN VÀ MỘT SỐ KIẾN NGHỊ Kết luận Do tính đặc thù môi trường làm việc mỏ than nguy hiểm, bên cạnh thời gian cịn hạn chế nên đề tài chưa thực ứng dụng cho máy khấu để đưa vào khai thác Tuy nhiên, đối chiếu với mục đích nghiên cứu nhiệm vụ đặt đề tài, luận văn “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển máy khấu than dùng điều khiển PLC” luận văn có tính thực tiễn cao sở khoa học thực tiễn: Luận văn rõ vai trò việc ứng dụng PLC điều khiển máy khấu hầm lò, phù hợp với thực tiễn phát triển khoa học kỹ thuật, góp phần đổi tư điều khiển máy khấu từ thấy sử dụng PLC điều khiển máy khấu phát triển tất yếu, yêu cầu cấp bách nhằm thực mục tiêu nâng cao suất chất lượng khai thác than hầm lò Việt Nam Trên sở nghiên cứu lý luận thực tiễn tác giả nghiên cứu đánh giá thực trạng điều khiển máy khấu hầm lò nay, đánh giá đặc điểm, yêu cầu, mặt hạn chế đưa hướng giải - Tiến hành thiết kế chương trình điều khiển cho máy khấu đảm bảo khả vận hành, độ ổn định cho máy khấu phù hợp với thực tiễn sản xuất phát triển khoa học kỹ thuật Tác giả lấy ý kiến nhiều chuyên gia tính cần thiết khả áp dụng chương trình điều khiển máy khấu sử dụng PLC Kết cho thấy đồng thuận cao tính cần thiết khả áp dụng chương trình PLC điều khiển máy khấu Với khả kinh nghiệm hạn chế, luận văn cịn có thiếu sót định cần phải bổ sung hoàn thiện, tác giả mong nhận góp ý thầy cô giáo độc giả để luận văn hoàn chỉnh Một số kiến nghị Qua trình nghiên cứu đề tài, tác giả luận án nhận thấy cần phải tiếp tục giải vấn đề tiếp theo: 87 - Đề tài cần tiếp tục nghiên cứu, lấy ý kiến chuyên gia thực nghiệm máy khấu thực để hoàn thiện áp dụng khai thác hầm lò Việt Nam - Tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện chương trình điều khiển, mở rộng đối tượng phạm vi ứng dụng đề tài cho toàn hệ thống khai thác gồm máy khấu, dàn chống tự hàng, máng cào, máy vận tải để nâng cao khả tự động hố tính đồng khai thác than hầm lò - Đầu tư vào sở vật chất, nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy khấu để phù hợp với chương trình điều khiển tự động hoá đồng 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO [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] Lê Như Hùng (2007), Công nghệ cao khai thác mỏ hầm lò, Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất, Hà Nội [4] Đồn Văn Ký (1997), Giáo trình Máy thiết bị khai thác mỏ, Nhà xuất Giao thơng vận tải, Hà Nội [5] Nguyễn Dỗn Phước, Phan Xuân Minh (1997), Tự Động Hoá với SIMATIC S7-200, Nhà Xuất Bản Nông Nghiệp, Hà Nội [6] Nguyễn Ngọc Phương, Huỳnh Nguyễn Hoàng (2000), Hệ thống điều khiển thuỷ lực, Nhà xuất Giáo Dục [7] Vũ Đình Tiến, Trần Văn Thanh (2005), Công nghệ khai thác than hầm lị, Hà Nội [8] Viện khoa học cơng nghệ Mỏ TKV (2008), Hướng dẫn sử dụng Máy Khấu MB 450E, Hà Nội [9] Viện khoa học công nghệ Mỏ TKV (2005), Hướng dẫn sử dụng khối khởi động từ HA-dk8.8/2/5VAC/5, Hà Nội [10] Viện khoa học công nghệ Mỏ TKV (2005), Hướng dẫn sử dụng thiết bị cảnh báo khí Metan MTA 21.90, Hà Nội [11] Viện khoa học công nghệ Mỏ TKV (2010), Hướng dẫn sử dụng đồng thiết bị giới hoá VINAALTA Hà Nội [12] Viện khoa học công nghệ Mỏ TKV (2010), Thiết kế vẽ thi công dự án đầu tư áp dụng thử nghiệm cơng nghệ giới hố đồng khai 89 thác sử dụng dàn chống tự hành kết hợp với Máy Khấu than công ty than Nam Mẫu Hà Nội [13] Qui chuẩn kỹ thuật Quốc gia an tồn khai thác than hầm lị – 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