Nghiên cứu xây dựng mô hình cân bằng định lượng trong phòng thí nghiệm điện công nghiệp trường cao đẳng nghề mỏ hữu nghị vinacomin

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN VĂN BÌNH NGHIÊN CỨU Y D NG M HÌNH C N BĂNG ĐỊNH Ư NG TRONG PH NG TH NGHI M ĐI N C NG NGHI P TRƯỜNG CAO Đ NG NGH MỎ H U NGHỊ - VINACOMIN UẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN VĂN BÌNH NGHIÊN CỨU Y D NG M HÌNH C N BĂNG ĐỊNH Ư NG TRONG PH NG TH NGHI M ĐI N C NG NGHI P TRƯỜNG CAO Đ NG NGH MỎ H U NGHỊ - VINACOMIN Ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số: 60520216 UẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS ĐẶNG VĂN CH HÀ NỘI - 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi, có hỗ trợ từ thầy hƣớng dẫn ngƣời cảm ơn Các nội dung nghiên cứu kết đề tài trung thực chƣa đƣợc công bố cơng trình Hà Nội, ngày 10 tháng 10 năm 2014 Tác giả Nguyễn Văn Bình MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU .9 CHƢƠNG 1: Giới thiệu tổng quan phịng thí nghiệm điện công nghiệp trƣờng Cao đẳng nghề mỏ Hữu Nghị-Vinacomin 12 1.1 Lịch s hình thành phát tri n 12 1.2 Cơ cấu tổ chức 13 1.3 Giới thiệu tổng quan phịng thí nghiệm Điện cơng nghiệp 14 CHƢƠNG 2: Nghiên cứu sở lý thuyết hệ thống cân băng định lƣợng 18 2.1 Đặt vấn đề 18 2.2 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động cân băng định lƣợng 23 2.2.1 Sơ đồ cấu tạo .23 2.2.2 Nguyên lý hoạt động: 24 2.2.3 Nguyên lý tính lƣu lƣợng 26 2.2.4 Chuẩn bì .27 2.2.5 Điều chỉnh cấp liệu cho cân băng 28 2.3 Nhận xét .29 CHƢƠNG 3: Tính chọn thiết bị, lắp đặt, xây dựng mơ hình cân băng định lƣợng 30 3.1 Tính chọn thiết bị mơ hình cân băng định lƣợng .30 3.1.1 Vai trò phần t mơ hình 30 3.1.2 Tính chọn thiết bị mơ hình cân băng tự động 31 3.1.2.1 Tính tốn, lựa chọn PLC 31 3.1.2.2 Tính tốn, lựa chọn biến tần 36 3.1.2.3 Tính tốn, lựa chọn động truyền động băng tải 48 3.1.2.4 Tính tốn, lựa chọn Encoder 51 3.1.2.5 Tính tốn, lựa chọn Loadcell 54 3.1.2.6.Tính tốn, lựa chọn môđun mở rộng 56 3.1.2.7.Tính tốn, lựa chọn hình hi n thị 64 3.2 Lắp đặt, xây dựng mơ hình cân băng định lƣợng .66 3.2.1 Lắp đặt, xây dựng phần khí 66 3.2.2 Lắp đặt, xây dựng phần điện 71 3.3 Sơ đồ kết nối mạch điện 72 3.3.1 Sơ đồ kết nối mạch điện điều n ( phụ lục 1) 72 3.3.2 Sơ đồ kết nối mạch điện động lực ( phụ lục 2) 72 3.4 Nhận xét .73 CHƢƠNG 4: Xây dựng lƣu đồ thuật toán 74 4.1 Xây dựng lƣu đồ thuật toán viết chƣơng trình điều n 74 4.1.1 Lƣu đồ thuật toán 74 4.1.1.1 Chƣơng trình 74 4.1.1.2 Chƣơng trình ki m tra lỗi hệ thống 75 4.1.1.3 Chƣơng trình truyền động băng tải điều n tay .76 4.1.1.4 Chƣơng trình điều n tự động 77 4.1.1.5 Chƣơng trình tính lƣu lƣợng 78 4.1.2 Bảng symbol .79 4.1.3 Chƣơng trình PLC .79 4.1.3.1 Chƣơng trình 79 4.1.3.2 Chƣơng trình khởi tạo 81 4.1.3.3 Chƣơng trình ki m tra hi n thị lỗi 82 4.1.3.4 Chƣơng trình truyền động tay 83 4.1.3.5 Chƣơng trình truyền động tự động 84 4.1.3.6 Chƣơng trình tính tốn vận tốc băng tải 84 4.1.3.7 Chƣơng trình x lý giá trị Loadcell tính tốn sản lƣợng 85 4.1.3.8 Chƣơng trình tính tốn PID sản lƣợng điều n biến tần 86 4.1.3.9 Chƣơng trình hi n thị vận tốc khối lƣợng hình 86 4.1.4 Cài đặt biến tần 87 4.2 Giao diện điều n giám sát mơ hình 88 4.2.1 Thiết lập dự án nhóm Tag 88 4.2.2 Giao diện điều n giám sát 88 4.2.2.1 Tổng quan Wincc 88 4.2.2.2 Chức nhiệm vụ giao diện 89 4.2.2.3 Truyền thống kết nối PLC giao diện 90 4.2.2.4 Giao diện hình lƣu trữ liệu vẽ bi u đồ sản lƣợng 91 4.3 Kết hệ thống làm việc 92 4.3.1 Khi hệ thống làm việc bình thƣờng .92 4.3.2 Khi hệ thống dừng làm việc .95 4.3.3 Khi hệ thống bị cố 96 4.3.3.1 Khi hệ thống gặp cố lệch băng 96 4.3.3.2 Khi hệ thống gặp cố trùng băng .97 4.3.4 Bi u đồ sản lƣợng băng tải qua theo thời gian 98 4.4 Nhận xét .99 KẾT LUẬN .100 TÀI LIỆU THAM KHẢO .102 PHỤ LỤC 103 DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1: Bảng thông số kỹ thuật PLC S7-200 CPU 222 32 Bảng 3.2: Bảng thông số kỹ thuật biến tần .38 Bảng 3.3: Bảng hiển thị trạng thái biến tần .44 Bảng 3.4: Bảng thị tốc độ biến tần .44 Bảng 3.5: Bảng thị tải 45 Bảng 3.6: Bảng thông số kỹ thuật động .49 Bảng 3.7: Bảng thông số kỹ thuật encoder .49 Bảng 3.8: Bảng thông số kỹ thuật môđun EM231 49 Bảng 3.9: Bảng định dạng liệu vào EM231 60 Bảng 3.10: Bảng thông số kỹ thuật môđun EM232 63 Bảng 3.11: Bảng định dạng liệu vào EM232 .64 Bảng 4.1: Bảng symbol biến PLC .79 Bảng 4.2 : Bảng cài đặt thông số biến tần 88 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Cơ cấu tổ chức Nhà trường .13 Hình 1.2: Mơ hình thực hành trang bị điện 14 Hình 1.3: Mơ hình thực hành PLC 15 Hình 1.4: Máy tính lập trình PLC .15 Hình 1.5: Mơ hình thực hành điện tử cơng suất .16 Hình 1.6: Mơ hình thực hành điện khí nén – thủy lực 16 Hình 2.1: Cân đòn cân .18 Hình 2.2: Cân bàn 19 Hình 2.3: Cân đồng hồ 19 Hình 2.4: Cân móc treo .20 Hình 2.5: Cân sàn công nghiệp .20 Hình 2.6: Cân bàn điện tử .20 Hình 2.7: Cân tải trọng ôtô .21 Hình 2.8: Định lượng gián đoạn .21 Hình 2.9: Định lượng liên tục 22 Hình 2.10: Cân băng định lượng thực tế 23 Hình 2.11: Sơ đồ cấu tạo hệ thống cân băng định lượng 23 Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ cân băng định lượng 24 Hình 2.13: Mặt cắt dọc băng 28 Hình 3.1: PLC S7-200 CPU 222 .31 Hình 3.2: Hình dạng bên PLC S7-200 CPU 222 32 Hình 3.3 Sơ đồ đấu nối PLC S7-200 CPU 222 36 Hình 3.4: Biến tần EMERSON COMMANDER SK SKBD200150 37 Hình 3.5: Sơ đồ khối biến tần EMERSON 38 Hình 3.6: Sơ đồ đấu nối mạch điều khiển biến tần 38 Hình 3.7: Sơ đồ đấu nối mạch điều khiển biến tần 39 Hình 3.8: Bàn phím hiển thị biến tần 42 Hình 3.9: Cài đặt thơng số biến tần 43 Hình 3.10: Động 90YS80GY22 49 Hình 3.11: Sơ đồ kết nối động 50 Hình 3.12: Sơ đồ khối biến tần 50 Hình 3.13: Encoder 360 xung/vịng 51 Hình 3.14: Kích thước encoder 51 Hình 3.15: Màu dây tín hiệu .52 Hình 3.16: Sơ đồ kết nối dây tín hiệu 53 Hình 3.17: Giản đồ xung kênh .53 Hình 3.18: Loadcell 53 Hình 3.19: Kích thước Loadcell 53 Hình 3.20: Sơ đồ kết nối Loadcell 53 Hình 3.21: Mơđun EM231 56 Hình 3.22: Mơđun EM232 57 Hình 3.23: Định dạng liệu Scale 58 Hình 3.24: Thiết lập cấu hình cho EM231 59 Hình 3.25: Sơ đồ kết nối dây Môđun EM231 59 Hình 3.26: Đặc tính chuyển đổi tín hiệu Loadcell 60 Hình 3.27: Đặc tính quy đổi số giá trị khối lượng sang số nguyên 60 Hình 3.28: Đặc tính quy đổi giá trị vận tốc sang số nguyên 61 Hình 3.29: Đặc tính quy đổi giá trị sản lượng đặt sang số nguyên 61 Hình 3.30: Sơ đồ đấu nối EM232 .63 Hình 3.31: Màn hình hiển thị Adtek 64 Hình 3.32: Sơ đồ đấu nối hình Adtek 65 Hình 3.33: Các bước cài đặt hình Adtek 65 Hình 3.34: Tổng thể hệ thống cân băng định lượng 66 Hình 3.35: Hình chiếu cạnh mơ hình 67 Hình 3.36: Hình chiếu đứng mơ hình .67 Hình 3.37: Mơ hình hồn thiện 68 Hình 3.38: Kết cấu mặt băng 68 Hình 3.39: Kết cấu tang chủ động 69 Hình 3.40: Kết cấu tang bị động 70 Hình 3.41: Sơ bố trí thiết bị panel .71 Hình 3.42: Bảng điều khiển mơ hình 72 Hình 4.1: Lưu đồ thuật tốn chương trình 74 Hình 4.2: Lưu đồ thuật tốn chương trình kiểm tra l i hệ thống .75 Hình 4.3: Lưu đồ thuật tốn chương trình điều khiển tay .76 Hình 4.4: Lưu đồ thuật tốn chương trình điều khiển tự động 77 Hình 4.5: Lưu đồ thuật tốn chương trình tính sản lượng .78 Hình 4.6: Nhóm Tag biến chương trình 88 Hình 4.7: Giao diện giám sát điều khiển hệ thống .89 Hình 4.8: Kết nối Wincc với OPC server 90 Hình 4.9: Giao diện PC Acess 91 Hình 4.10: Giao diện biểu đồ giá trị lưu trữ sản lượng theo thời gian .91 Hình 4.11: Đặt sản lượng Pđặt = 1.4 (kg/s), P thực tế = 1.40 (kg/s) 92 Hình 4.12: Đặt sản lượng Pđặt = 1.7 (kg/s), P thực tế = 1.68 (kg/s) 92 Hình 4.13: Đặt sản lượng Pđặt = 2.2 (kg/s), P thực tế = 2.25 (kg/s) .93 Hình 4.14: Đặt sản lượng Pđặt = 2.5 (kg/s), P thực tế = 2.49 (kg/s) 93 Hình 4.15: Đặt sản lượng Pđặt = 2.5 (kg/s), P thực tế = 2.50 (kg/s) 94 Hình 4.16: Đặt sản lượng Pđặt = 3.1 (kg/s), P thực tế = 3.10 (kg/s) .94 Hình 4.17: Đặt sản lượng Pđặt = 3.7 (kg/s), P thực tế = 3.76 (kg/s) 95 Hình 4.18: Đèn báo dừng hệ thống 95 Hình 4.19 : Khi hệ thống gặp cố lệch băng 96 Hình 4.20 : Khi hệ thống gặp cố trùng băng .97 Hình 4.21: Biểu đồ sản lượng theo thời gian 98 Hình 4.22: Mơ hình hồn thiện 99 90 + Hi n thị thông số bao gồm:  Sản lƣợng đặt (kg/s)  Sản lƣợng thực tế (kg/s)  Điện áp Loadcell (V)  Khối lƣợng liệu chạy qua  Vận tốc băng tải (Cm/s) 4.2.2.3 Truyền t ống ết nố PLC v g o d n Truyền thông kết nối PLC với Wincc qua OPC Server, s dụng phần mềm PC Acess Siemens “OPC Server ứng dụng hoạt động nhƣ API (giao diện lập trình ứng dụng) chuy n đổi giao thức Một OPC Server kết nối với thiết bị nhƣ PLC (Programable Logic Controller - điều n lập trình đƣợc), DCS (Distributed control system - hệ điều n phân tán), RTU (Remote Terminal Unit), sở liệu… chuy n đổi liệu sang định dạng OPC chuẩn Những ứng dụng OPC (OPC Client) nhƣ HMI, ghi liệu khứ, ứng dụng bảng bi u, vẽ đồ thị… có th kết nối với OPC Server đọc/ghi liệu lên thiết bị.” OPC đƣợc viết tắt từ chữ “OLE for Process Control” WINCC OPC Client Hình 4.8: Kết nối Wincc với OPC server 91 Hình 4.9: Giao diện PC Acess 4.2.2.4 G o d n m n n lưu trữ l u v vẽ b ểu sản lượng Hình 4.10: Giao diện biểu đồ giá trị lưu trữ sản lượng theo thời gian - Giao diện bi u đồ vẽ bi u đồ sản lƣợng thông qua thời gian làm việc - Bảng thời gian: tổng hợp sản lƣợng tƣơng ứng với thời gian làm việc 92 Kết t ống l m v 4.3.1 Khi h thống l m v b n t ường Hình 4.11: Đặt sản lượng Pđặt = 1.4 (kg/s), P thực tế = 1.40 (kg/s) Hình 4.12: Đặt sản lượng Pđặt = 1.7 (kg/s), P thực tế = 1.68 (kg/s) 93 Hình 4.13: Đặt sản lượng Pđặt = 2.2 (kg/s), P thực tế = 2.25 (kg/s) Hình 4.14: Đặt sản lượng Pđặt = 2.5 (kg/s), P thực tế = 2.49 (kg/s) 94 Hình 4.15: Đặt sản lượng Pđặt = 2.5 (kg/s), P thực tế = 2.50 (kg/s) Hình 4.16: Đặt sản lượng Pđặt = 3.1 (kg/s), P thực tế = 3.10 (kg/s) 95 Hình 4.17: Đặt sản lượng Pđặt = 3.7 (kg/s), P thực tế = 3.76 (kg/s) 4.3.2 Khi h thống dừng l m v c Hình 4.18: Đèn báo dừng hệ thống 96 4.3.3 Khi h thống bị cố 4.3.3.1 K t ống gặp ố l băng Hình 4.19 : Khi hệ thống gặp cố lệch băng 97 4.3.3.2 K t ống gặp ố trùng băng Hình 4.20 : Khi hệ thống gặp cố trùng băng 98 4.3.4 Biểu sản lượng củ băng tải qua theo thời gian Hình 4.21: Biểu đồ sản lượng theo thời gian 99 4.4 N ận xét Trong nội dung chƣơng IV giải đƣợc số vấn đề: - Xây dựng đƣợc lƣu đồ thuật tốn - Viết chƣơng trình điều n cho PLC - Cài đặt thông số cho biến tần - Đặt đƣợc sản lƣợng ổn định sản lƣợng theo giá trị mong muốn - Mơ hình có th điều n tự động tay - Điều n giám sát mơ hình qua giao diện Wincc - Tính tốn hi n thị thơng số mơ hình qua bảng điều n hình giám sát - Đƣa tín hiệu cảnh báo mơ hình gặp cố trùng băng đứt băng Hình 4.22: Mơ hình hồn thiện 100 KẾT LUẬN Sau thời gian tìm hi u, nghiên cứu làm việc nghiêm túc với nỗ lực thân, dƣới giúp đ tận tình thầy Đặng Văn Chí bảo, đóng góp ý kiến thầy cô giáo môn Tự động hóa mỏ, tơi hồn thành đề tài: “ Ng ên ứu, xây dựng m n ân băng ịn lượng p ng t ng m trường C o ẳng nghề mỏ Hữu Nghị - V n om n” Với ng v c cụ thể sau : - Tìm hi u hệ thống cân băng định lƣợng :  Các phƣơng pháp định lƣợng sản phẩm thực tế  Cấu tạo nguyên lý làm việc hệ thống cân băng định lƣợng  Nguyên lý tính lƣu lƣợng  Thuật toán điều n  Phƣơng pháp chuẩn bì  Phƣơng pháp điều chỉnh cấp liệu cho cân băng - Xây dựng, lắp đặt đƣợc mô hình cân băng định lƣợng  Tìm hi u đƣợc vai trò nhiệm vụ thiết bị mơ hình  Tính tốn lựa chọn thiết bị  Lắp đặt xây dựng phần khí mơ hình  Lắp đặt đấu nối phần điện mơ hình  Hồn thiện mơ hình - Xây dựng đƣợc giao diện điều n hệ cân băng Wincc : + Nhập đƣợc sản lƣợng, ổn định đƣợc lƣợng liệu theo lƣợng đặt + Điều n cảnh báo đƣợc lỗi truyền động hi n thị hình Wincc + Giám sát lƣợng liệu thơng số hình, giám sát truyền động lỗi mơ hình Kết mơ hình nội dung nghiên cứu luận án tác giả có ý nghĩa thực tế đóng góp cơng cụ hỗ trợ cho thân việc giảng dạy 101 lý thuyết, nâng cao chất lƣợng đào tạo dạy nghề cho học viên chuyên ngành tự động trình sản xuất mỏ 102 TÀI LI U THAM KHẢO Nguyễn Duy Bình, Bùi Quốc Khánh, Phạm Quang Đăng, Phạm Hồng Sơn (2000), Hệ điều khiển DCS cho nhà máy sản xuất điện Tập 1, NXB Khoa học kỹ thuật Nguyễn Xuân Công (2000), Lập trình với S7-200, Trƣờng ĐHSP Kỹ Thuật Hƣng Yên Trần Thu Hà, Phạm Quang Huy (2008), Tự động hóa cơng nghiệp với WinCC, NXB Hồng Đức Trần Thu Hà, Phạm Quang Huy (2008), Giao diện người – máy, Lập trình S7 Wincc, NXB Hồng Đức Phan Xuân Minh, Nguyễn Doãn Phƣớc (1997), Tự động hóa với SIMATIC S7200,NXB Nơng nghiệp Hồng Minh Sơn (1996), Mạng truyền thông công nghiệp, NXB khoa học kỹ thuật Hoàng Minh Sơn (2002), Cơ sở lý thuyết điều khiển tự động trình, NXB Khoa học kỹ thuật Đào Văn Tân tác giả (2002), Giáo trình cảm biến cơng nghiệp mỏ dầu khí,NXB Khoa học kỹ thuật 09 Đào Văn Tân (2000), Giáo trình Cơ sở lý thuyết điều khiển tự động,NXB Khoa học kỹ thuật 10 Giáo trình WinCC (2002), Provina Technology ltd, 148Bis Nam Kỳ Khởi Nghĩa Q1 TP Hồ Chí Minh 11 Các tài liệu mạng biến tần EMERSON 12 Daniel R.Lewin (2001), Process Control System Design, Haifa, Isarel 13 Huang et al (2003), A direct method for multi-loop PI/PID controller desgin 14 Gregogy K.McMillan, Process Industrial instruments and controls handbook 15 Pontus Nordfeldt (2005), PID control of TITO Systems – Lund University 103 PHỤ LỤC Phục lục 1: Bản vẽ thiết kế n 104 Phục lục 2: Bản vẽ thiết kế ... Hệ thống cân băng định lƣợng - Nghiên cứu xây dựng mơ hình cân băng định lƣợng phịng thí nghiệm điện cơng nghiệp trƣờng Cao đẳng nghề mỏ Hữu Nghị- Vinacomin Nộ dung ng ên ứu - Nghiên cứu sở lý... cơng nghiệp đƣợc hƣớng dẫn bảo tận tình thầy TS Đặng Văn C – Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “ Nghiên cứu, xây dựng mơ hình cân băng định lượng phịng thí nghiệm điện. .. 2.8: Định lượng gián đoạn .21 Hình 2.9: Định lượng liên tục 22 Hình 2.10: Cân băng định lượng thực tế 23 Hình 2.11: Sơ đồ cấu tạo hệ thống cân băng định lượng 23 Hình