Nghiên cứu ứng dụng sử dụng plc biến tần trong nhà máy xeo giấy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC MỎ - ðỊA CHẤT NGUYỄN VĂN SÁU NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SỬ DỤNG PLC & BIẾN TẦN TRONG NHÀ MÁY XEO GIẤY Chun ngành: Tự động hóa Mã số: 60.52.60 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS NGUYỄN ðỨC KHOÁT HÀ NỘI - 2011 LỜI CAM ðOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Nội dung luận văn hồn tồn phù hợp với tên đề tài đăng ký phê duyệt theo ñịnh số 835/Qð-MðC Hiệu trưởng Trường ðại học Mỏ - ðịa Chất Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận văn Nguyễn Văn Sáu MỤC LỤC Lời cam ñoan Mục lục Danh mục chữ viết tắt Danh mục hình vẽ Danh mục bảng Mở ñầu CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ QUY TRÌNH VÀ HỆ TRUYỀN ðỘNG TRONG SẢN XUẤT GIẤY 12 1.1 Giới thiệu chung 12 1.2 Sơ ñồ cấu trúc chung hệ truyền ñộng ñiểm dây truyền xeo giấy .13 1.2.1 Hòm phun bột 13 1.2.2 Bộ phận ép 14 1.2.3 Bộ phận sấy 15 1.2.4 Bộ phận ép quang .15 1.3 Yêu cầu chung cơng đoạn xeo giấy 16 1.4 Hệ truyền ñộng máy xeo trước cải tạo 17 1.4.1 Hệ truyền ñộng dùng ñộng Vsed 17 1.4.1.1 Nguyên lý, cấu tạo ñộng Vsed 17 1.4.1.2 Ưu ñiểm , nhược ñiểm, hiệu suất ñộng VS 20 1.4.2 Ứng dụng ñộng Vsed hệ truyền ñộng máy xeo giấy 20 1.4.3 Hệ truyền ñộng sử dụng biến tần ñộng xoay chiều 22 1.4.3.1 Cơ sơ ứng dụng 22 1.4.3.2 Ứng dụng biến tần động xoay chiều khơng đồng ba pha dây chuyền xeo giấy .25 CHƯƠNG XÂY DỰNG HỆ TRUYỀN ðỘNG MÁY XEO GIẤY ðIỂM TRUYỀN ðỘNG SỬ DỤNG HỆ BIẾN TẦN ðỘNG CƠ 27 2.1 Khái quát chung phương án ñiều khiển 27 2.2 Chọn phương thức ñiều khiển sử dụng PLC kết hợp với biến tần 28 2.3 Kết luận chọn phương thức ñiều khiển .31 2.4 Chọn cấu hình phần cứng cho hệ thống : 31 2.4.1 Chọn giao diện HMI model GT1155-SQBD hãng Mitsubishi 31 2.4.1.1 HMI: 31 2.4.1.2 Lựa chọn loại hình .32 3.4.2 Trọn PLC model FX3G-14M hãng Mitsubishi 34 2.4.3 Chọn biến tần model FR-A740 , Encoder Card FR-A7AP hãng Mitsubishi.36 2.4.4 Chọn Encoder model E6B2-CWZ1X Hãng Omron 37 2.5 Sơ ñồ ñấu dây ghép nối thiết bị .38 2.5.1 Sơ ñồ cấp nguồn vào biến tần kết nối Motor Encoder 38 2.5.2 Sơ ñồ cấp nguồn cho PLC hình HMI .42 2.5.3 Sơ ñồ kết nối biến tần PLC 42 2.5.4 ðặt giá trị tham số truyền thông cho biến tần FR-A740 .46 2.5.5 ðặt tham số quan trọng ñể ñiều khiển biến tần FR-A740 46 2.6 Các hàm truyền thông PLC Biến Tần .48 2.6.1 Các vùng nhớ liên quan 48 2.6.1.1 Vùng nhớ Bit 48 2.6.1.2 Vùng nhớ WORD 49 2.6.2 Các lệnh truyền thông với biến tần .49 2.6.2.1 Lệnh giám sát hoạt ñộng biến tần (IVCK/FNC270) 51 2.6.2.2 Lệnh ñiều khiển hoạt ñộng biến tần (IVDR/FNC271) 52 2.6.2.3 Lệnh ñọc tham số biến tần (IVRD/FNC272) .53 2.6.2.4 Lệnh ghi tham số biến tần (IVWR/FNC273) 53 2.6.3 Hoạt động lệnh truyền thơng 53 2.6.4 Cờ M8029 hồn thành truyền thơng 55 2.6.5 Xử lý lỗi truyền thông 56 2.7 Tính tốn tốc độ 57 2.7.1 Tốc ñộ ñặt cho máy V (m/ph) .57 2.7.2 Tốc ñộ ñặt cho trục ñộng số 57 2.7.3 Tốc ñộ ñặt cho trục ñộng số 57 2.7.4 Tốc ñộ ñặt cho trục ñộng số 58 2.7.5 Tốc ñộ ñặt cho trục ñộng số 58 2.7.6 Tốc ñộ ñặt cho trục ñộng số 58 CHƯƠNG THIẾT KẾ GIAO DIỆN HMI VÀ VIẾT CHƯƠNG TRÌNH PLC 59 3.1 Sơ ñồ khối 59 3.2 Các lưu đồ thuật tốn .59 3.2.1 Lưu ñồ thuật toán tổng quát hệ thống 59 3.2.2 Lưu đồ thuật tốn khởi tạo biến tần 61 3.3 Danh sách vùng nhớ cố ñịnh dùng chương trình 65 3.4 Lập trình giao diện HMI 68 3.4.1 Giao diện khởi tạo .68 3.4.2 Giao diện chế ñộ AUTO .69 3.4.3 Giao diện vi chỉnh ñộng ADJUST 70 3.4.4 Giao diện chế ñộ MANUAL .70 3.5 Chương trình điều khiển cho PLC 72 3.5.1 ðoạn chương trình khởi tạo đặt tham số cấu hình biến tần .72 3.5.2 ðoạn chương trình xử lí với nút ấn 76 3.5.3 ðoạn chương trình điều khiển biến tần 78 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 81 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO .83 PHỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT - PLC: Programmable Logic Controller - Bộ điều khiển lập trình - HMI: Human Machine Interface – Dao diện ñiều khiển người vận hành thiết kế máy - VS: Vsed - ðộng Vsed - KCN: Khu công nghiệp - bt: Biến tần - ñc: ðộng DANH MỤC SƠ ðỒ, HÌNH VẼ Hình 1.1: Sơ đồ cấu trúc chung hệ truyền ñộng ñiểm dây truyền xeo giấy 13 Hình 1.2: Hịm phun bột 13 Hình 1.3: Bộ phận ép 14 Hình 1.4: Bộ phận sấy có lơ 15 Hình 1.5: Máy ép quang 16 Hình 1.6: ðộng Vsed 18 Hình 1.7: Cấu tạo ñộng Vsed 18 Hình 1.8: Sơ đồ mạch lực ñộng Vsed 19 Hình 1.9: Cấu trúc biến tần nguồn áp 22 Hình 1.10: Mạch chỉnh lưu DC đầu vào biến tần 23 Hình 1.11: Nguyên lý ñiều biến 24 Hình 1.12: Dạng sóng đầu 25 Hình 2.1: ðiều khiển đồng tốc lơ dùng PLC biến tần sử dụng truyền thơng RS485 tín hiệu analog 0-10VDC 29 Hình 2.2: Mặt trước HMI model GT1155-QSBD 33 Hình 2.3: Mặt sau HMI model GT1155-QSBD 34 Hình 2.4: PLC fx3g- 14M 35 Hình 2.5: Biến tần model FR-A740 hãng Mitsubishi 36 Hình 2.6: Encoder Card FR-A7AP 37 Hình 2.7: Encoder model E6B2-CWZ1X 37 Hình 2.8: Sơ đồ kết nối tổng quát Biến tần - Motor 1, 2, – Encoder 39 Hình 2.9: Sơ đồ kết nối tổng quát Biến tần - Motor 4, - Encoder 40 Hình 2.10: Card FR-A7AP Terminal kết nối: 41 Hình 2.11: Sơ ñồ cấp nguồn cho PLC & HMI 42 Hình 2.12: Hình vẽ cách cắm board vào PLC FX3G 43 Hình 2.13: Các dây nối với biến tần với PLC ñược bắt vào chân Terminal ñã quy ước FX3G-485-BD 43 Hình 2.14: Cơng tắc chọn điện trở 44 Hình 2.15: Terminal kết nối dây RS-485 44 Hình 2.16: Hình vẽ đấu dây PLC - Biến tần biến tần với 44 Hình 2.17: Sơ đồ đầu tổng quát PLC Biến tần 45 Hình 2.18: Các điểm ý viết truyền thơng 55 Hình 3.1: Sơ ñồ khối giao diện 59 Hình 3.2: Lưu đồ thuật toán tổng quát hệ thống 60 Hình 3.3: Lưu đồ thuật tốn khởi tạo biến tần 62 Hình 3.4: Lưu đồ giải thuật điều khiển biến tần 64 Hình 3.4: Lưu đồ thuật tốn điều khiển biến tần 64 Hình 3.5: Giao diện khởi tạo 68 Hình 3.6: Giao diện khởi tạo 69 Hình 3.7: Giao diện vi chỉnh ñộng ADJUST 70 Hình 3.8: Giao diện chế ñộ MANUAL 71 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Bảng tóm tắt thơng số hệ truyền động trước cải tạo 21 Bảng 2.1: Bảng so sánh tiêu ñiều khiển biến tần tín hiệu đặt analog truyền thơng 30 Bảng 2.2: Bảng chức chân card FR-A7AP 41 Bảng 2.3: ðặt giá trị tham số truyền thông cho biến tần FR-A740 46 Bảng 2.4: ðặt lệnh ñiều khiển biến tần từ PLC 47 Bảng 2.5: ðặt tham số cho biến tần ñể tốc ñộ ñặt tốc ñộ ñang chạy dạng “vòng/phút” (rpm) 47 Bảng 2.6: ðặt tham số cho biến tần điều khiển tốc độ theo phương pháp điều khiển vector vịng kín : 47 Bảng 2.7: Vùng nhớ Bit 48 Bảng 2.8: Vùng nhớ WORD 49 Bảng 2.9: Các mã lệnh truyền thông 50 Bảng 2.10: Bảng thơng số giám sát đặc biệt 51 Bảng 2.11: Một số mã lệnh dùng chương trình(S2) 52 Bảng 2.12: Mô tả ON OFF vùng nhớ Bit WORD 56 Bảng 2.13: Các cờ lỗi bật ON lỗi xuất truyền thông với biến tần 57 Bảng 3.1: Danh sách vùng nhớ cố ñịnh chương trình 65 MỞ ðẦU Tính cấp thiết đề tài Cùng với phát triển kinh tế đất nước cơng nghiệp đóng vai trị quan trọng, nghành công nghiệp giấy chiếm tỉ trọng lớn Hiện dây truyền giấy dây truyền có hàm lượng tự đồng hố thấp, có cải tạo nâng cấp cịn nhỏ lẻ, thiếu đồng Vì thiết bị cịn cồng kềnh chiếm nhiều khơng gian, khả tiết kiệm điện cịn yếu, cơng nhân vận hành gặp nhiều khó khăn Vì cần tiến hành tự động hố dây truyền sản xuất để đảm bảo yêu cầu phát triển, nâng cao xuất, vận hành an tồn, dễ dàng, tiết kiệm điện Về phần ñiện dây chuyền chiếm vị trí tối quan trọng dây truyền ñịnh tới suất chất lượng giấy, trước ñây số dây truyền cịn tồn phần truyền động ñộng Vsed (VS), ñộng VS ñộng ñược ñiều khiển tốc ñộ phanh từ gắn ñầu trục ñộng mà lực hút phanh lớn động quay chậm, cịn lực hút phanh nhỏ động quay nhanh tốc ñộ lớn ñầu trục tốc độ định mức động cơ, cơng suất điện động ln ln lớn Cịn phần điều khiển rơle chưa có logic cao khả vận hành chưa linh hoạt Dây chuyền Xeo giấy cần địi hỏi ñồng tốc, ổn ñịnh lô lớn khơng giấy hay bị đứt giảm suất, chất lượng ðể khắc phục nhược ñiểm sử dụng PLC & Biến tần Biến tần với việc điều khiển vơ cấp, tốc độ điều khiển ổn ñịnh khả tiết kiệm ñiện cao, PLC có khả quản lý giám sát khiến việc công nhân vận hành trở nên dễ dàng Hiện công nghệ thông tin, công nghệ vật liệu mới, điện tử cơng suất phát triển,vì giá thành mà ñầu tư ñể sử dụng PLC & Biến tần không lớn, sau sử dụng năm thu hồi lại vốn đầu tư kết 104 * Tang giam vi chinh toc M8000 M9 M0 M10 1024 MODE INC D130 DEC D130 INC D132 DEC D132 INC D134 DEC D134 INC D136 DEC D136 tang toc Dc2 M11 giam toc dc2 M12 tang toc dc3 M13 giam toc dc3 M14 tang toc dc4 M15 giam toc dc4 M16 tang toc dc5 M17 giam toc dc5 105 * doi V(m/ph) n(vong/ph) lam tron so nguyen * M8000 M0 1067 DEMUL D1100 E50 DINT DMUL D10 D10 D10 D10 K10 D12 DEMUL D1100 E500 D14 DINT D14 D14 DSUB D14 D12 D16 CMP K5 M200 D16 M200 INC M201 D10 106 * ghi,doc toc bt 1, tinh toc dat M8000 M0 1152 bt2 SET M61 * M9 IVDR K1 H0ED D10 K1 MODE * M9 IVDR K1 H0ED D140 K1 MODE * M50 IVDR K1 H0FA H2 K1 * M51 IVDR K1 H0FA H0 K1 doc toc running speed vao D12 IVCK K1 H72 D12 K1 M8152 SET M66 MOV D8152 D71 MOV D12 D30 DFLT D12 D14 E0.32 D14 M8029 DEMUL D14 107 DINT D14 D16 DMUL D16 K10 D18 DEMUL D14 E10 D20 D20 D22 DSUB D22 D18 D24 CMP K5 M204 DINT D24 M204 INC D16 D130 D16 K0 D16 M205 ADD < D16 K0 D16 MOV RST M61 SET M62 108 * ghi,doc toc bt 2, tinh toc dat bt3 * M9 1340 IVDR K2 H0ED D16 K1 MODE * M9 IVDR K2 H0ED D142 K1 MODE * M50 IVDR K2 H0FA H2 K1 * M51 IVDR K2 IVCK K2 H0FA H0 K1 H72 D12 K1 M8152 SET M67 MOV D8152 D72 MOV D12 D32 DFLT D12 D14 E1 D14 D14 D16 M8029 DEMUL D14 DINT 109 DMUL D16 K10 D18 DEMUL D14 E10 D20 D20 D22 DSUB D22 D18 D24 CMP K5 M204 DINT D24 M204 INC D16 D132 D16 K0 D16 M205 ADD < D16 K0 D16 MOV RST M62 SET M63 110 * ghi,doc toc bt 3, tinh toc dat bt4 * M9 1527 IVDR K3 H0ED D16 K1 MODE * M9 IVDR K3 H0ED D144 K1 MODE * M50 IVDR K3 H0FA H2 K1 * M51 IVDR K3 IVCK K3 H0FA H0 K1 H72 D12 K1 M8152 SET M68 MOV D8152 D73 MOV D12 D34 DFLT D12 D14 E5.2 D14 D14 D16 M8029 DEMUL D14 DINT 111 DMUL D16 K10 D18 DEMUL D14 E10 D20 D20 D22 DSUB D22 D18 D24 CMP K5 M204 DINT D24 M204 INC D16 D134 D16 K0 D16 M205 ADD < D16 K0 D16 MOV RST M63 SET M64 112 * ghi,doc toc bt 4, tinh toc dat bt5 * M9 1714 IVDR K4 H0ED D16 K1 MODE * M9 IVDR K4 H0ED D146 K1 MODE * M50 IVDR K4 H0FA H2 K1 * M51 IVDR K4 H0FA H0 K1 * 113 DMUL D16 K10 D18 DEMUL D14 E10 D20 D20 D22 DSUB D22 D18 D24 CMP K5 M204 DINT D24 M204 INC D16 D136 D16 K0 D16 M205 ADD < K0 D16 D16 MOV RST M64 SET M65 114 * ghi,doc toc bt * M9 1901 IVDR K5 H0ED D16 K1 MODE * M9 IVDR K5 H0ED D148 K1 MODE * M50 IVDR K5 H0FA H2 K1 * M51 IVDR K5 H0FA H0 K1 * 115 * hien thi toc dai cua cac lo M8000 M0 1980 DFLT D30 D30 DFLT D32 D32 DFLT D34 D34 DFLT D36 D36 DFLT D38 D38 DEMUL D30 E0.02 D40 DEMUL D32 E0.125 D42 DEMUL D34 E0.1 D44 DEMUL D36 E0.02 D46 DEMUL D38 E0.0125 D48 116 * Tang giam toc manual M8000 M9 M20 2092 MODE > D140 K1450 MOV INC D140 K1450 D140 DEC D140 M21 < D140 K0 MOV K0 D140 M22 > D142 K1450 MOV INC D142 K1450 D142 DEC D142 M23 < D142 K0 MOV K0 D142 M24 > D144 K1450 MOV INC D144 K1450 D144 DEC D144 M25 < D144 K0 MOV K0 D144 117 M26 > D146 K1450 MOV INC D146 K1450 D146 DEC D146 M27 < D146 K0 MOV K0 D146 M28 > D148 K1450 MOV INC D148 K1450 D148 DEC D148 M29 < D148 K0 MOV K0 D148 118 * co loi truyen thong bien tan thi dung he thong M8000 M66 2244 SET M156 M67 M68 M69 M70 M151 M152 M153 M154 M155 2257 END ... tần PLC ðiều khiển hoạt ñộng biến tần Biến tần PLC Biến tần IVRD (FNC272) ðọc tham số từ biến tần PLC Biến tần IVWR (FNC273) Ghi tham số ñến biến tần PLC Biến tần ... 20 1.4.2 Ứng dụng ñộng Vsed hệ truyền ñộng máy xeo giấy 20 1.4.3 Hệ truyền ñộng sử dụng biến tần ñộng xoay chiều 22 1.4.3.1 Cơ sơ ứng dụng 22 1.4.3.2 Ứng dụng biến tần động... ñộng ứng với tốc ñộ dài ñịnh dây chuyền xeo giấy 2.2 Chọn phương thức ñiều khiển sử dụng PLC kết hợp với biến tần Một cấu hình ñược ứng dụng ñiều khiển ñồng tốc ñộ dây chuyền sản xuất xeo giấy sử