Xây dựng bộ điều khiển truyền động cho máy xúc zkt 10

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỂN THANH LỊCH XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG CHO MÁY XÚC ЭKΓ – 10 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT HÀ NỘI – 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỂN THANH LỊCH XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG CHO MÁY XÚC ЭKΓ – 10 Chuyên ngành : Tự Động Hóa Mã số : 60.52.60 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS NGUYỄN ĐỨC KHOÁT HÀ NỘI - 2010 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tơi xin hồn toàn chịu trách nhiệm vấn đề nêu luận văn Tác giả luận văn Nguyễn Thanh Lịch -1- MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC……………………………………………………………………… DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ………….…………………………………………… DANH MỤC CÁC BẢNG ……… ………………………………………………… DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT……………………………………………………… MỞ ĐẦU…………………………………………………………………………… Chương 1: TỔNG QUAN CÁC HỆ MÁY XÚC TRONG MỎ LỘ THIÊN VIỆT NAM 11 1.1 Lịch sử phát triển máy xúc…………………………………………… 11 1.2 Cấu trúc chung hệ truyền động máy xúc điện………………………… 11 1.2.1 Hệ máy phát – động (F - Đ)……………………………………… 13 1.2.2 Khuếch đại từ máy xúc………………………………………… 15 1.2.3 Các loại hồi tiếp sử dụng máy xúc……………………………… 16 1.3 Một số loại máy xúc điện sử dụng Việt Nam………………… 16 1.3.1 Máy xúc ЭКГ – 4,6…………………………………………………… 16 1.3.2 Máy xúc ЭКГ – 5A…………………………………………………… 19 1.3.3 Máy xúc ЭКГ – 8И…………………………………………………… 21 1.3.4 Máy xúc ЭКГ – 10…………………………………………………… 22 1.4 Nhận xét…………………………………………………………………… 23 Chương 2: HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN MÁY XÚC ЭКГ–10… 24 2.1 Giới thiệu chung…………………………………………………………… 24 2.1.1 Các thơng số ЭКГ–10……………………………………… 24 2.1.2 Các thiết bị hệ thống truyền động điện máy xúc ЭКГ–10……………………………………………………………… 2.2 Hệ truyền động điện máy xúc ЭКГ–10…………………………………… 25 26 2.2.1 Thông số kỹ thuật thiết bị hệ truyền động nâng hạ………… 26 2.2.2 Sơ đồ nguyên lý truyền động điện cấu nâng hạ …………………… 31 2.3 Yêu cầu đặc tính máy xúc ЭКГ – 10…………………………………… 2.3.1 Đường đặc tính điện máy xúc ЭКГ – 10…………………………… 34 34 -22.3.2 Nguyên lý làm việc truyền động số máy xúc ЭКГ – 10…… 2.4 Bộ điều khiển truyền động máy xúc ЭКГ – 10…………………………… 34 38 2.4.1 Chức năng, nhiệm vụ điều khiển máy xúc ЭКГ – 10…… 38 2.4.2 Thông số đặc tính kỹ thuật điều khiển …………………… 42 2.4.3 Cấu tạo sơ đồ nguyên lý điều khiển………………………… 43 2.5 Nhận xét …………………………………………………………………… 46 Chương 3: XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG MÁY XÚC ЭKΓ – 10… 47 3.1 Đặt vấn đề………………………………………………………………… 47 3.2 Cấu tạo thành phần điều khiển ……………………………… 48 3.2.1 Biến áp đồng khối nguồn điều khiển (A2)……………………… 48 3.2.2 Khối tạo tín hiệu đồng pha (A5)……………………………………… 48 3.2.3 Khối cảm biến pha (A3)………………………………………… 49 3.2.4 Khối cách ly tín hiệu (A4)…………………………………………… 50 3.2.5 Khối điều khiển trung tâm (A1)……………………………………… 51 3.2.6 Cấu trúc mạch thyristor công suất…………………………………… 52 3.3 Ứng dụng vi điều khiển toán điều khiển tốc độ động ………… 54 3.3.1 Lựa chọn vi điều khiển………………………………………………… 54 3.3.2 Thuật toán phát xung điều khiển……………………………………… 54 3.4 Xây dựng mạch chỉnh định………………………………………………… 62 3.5 Xây dựng giao diện điều khiển từ máy tính PC…………………………… 63 3.6 Xây dựng mơ hình mơ mạch điều khiển…………………………… 63 3.7 Kết mô mạch điều khiển………………………………………… 66 3.8 Nhận xét…………………………………………………………………… 70 KẾT LUẬN………………………………………………………………………… 71 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ…………………………………………… 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………… 73 PHỤ LỤC A: TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN PIC18Fxx2………………… 74 PHỤ LỤC B: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN………………………………… 93 -3- DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 Đặc tính điện kiểu máy xúc………………………………… 12 Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý hệ F – Đ……………………………………… 13 Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý khuếch đại từ kép dùng máy xúc ЭКГ 15 Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý hồi tiếp sử dụng máy xúc ЭКГ………… 16 Hình 1.5 Sơ đồ điều khiển truyền động nâng gầu máy xúc ЭКГ – 4,6 17 Hình 1.6 Đặc tính ЭКГ – 4,6……………………………………… 18 Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý truyền động điện nâng ЭКГ – 5A………… 19 Hình 1.8 Bộ hồi tiếp cắt nhanh theo dòng БTO…………………………… 20 Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý truyền động điện nâng máy xúc ЭКГ – 8И…… 21 Hình 1.10 Đặc tính hệ truyền động điện nâng máy xúc ЭКГ – 8И……… 22 Hình 1.11 Sơ đồ nguyên lý máy xúc ЭКГ – 10…………………………… 22 Hình 2.1 Đặc tính khơng tải máy phát………………………………… 28 Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý truyền động điện nâng hạ máy xúc ЭКГ – 10… 32 Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý mạch phần ứng………………………………… 33 Hình 2.4 Sơ đồ ngun lý mạch kích từ máy phát………………………… 33 Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý mạch kích từ động cơ………………………… 33 Hình 2.6 Đặc tính điện truyền động nâng……………………………… 34 Hình 2.7 Sơ đồ cấu trúc số cấu nâng……………………………… 35 Hình 2.8 Đặc tính P3И…………………………………………… 37 Hình 2.9 Sơ đồ ghép nối điều khiển ПТЭМ_1…………………… 39 Hình 2.10 Sơ đồ ghép nối điều khiển ПТЭМ_2, ПТЭМ_5………… 40 Hình 2.11 Sơ đồ ghép nối điều khiển ПТЭМ_3, ПТЭМ_6………… 40 Hình 2.12 Sơ đồ ghép nối điều khiển ПТЭМ_4, ПТЭМ_7………… 41 Hình 2.13 Sơ đồ nguyên lý mạch điện điều khiển ПТЭМ……………… 44 Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển trung tâm (A1)……………… 45 -4- Hình 3.1 Sơ đồ mạch nguồn……………………………………………… 48 Hình 3.2 Khối tạo tín hiệu đồng pha……………………………………… 49 Hình 3.3 Tín hiệu đồng pha……………………………………………… 49 Hình 3.4 Khối cảm biến pha………………………………………… 50 Hình 3.5 Khối cách ly tín hiệu điều khiển với mạch cơng suất…………… 50 Hình 3.6 Mạch điều khiển trung tâm……………………………………… 52 Hình 3.7 Cấu trúc mạch thyristor cơng suất……………………………… 52 Hình 3.8 Trình tự phát xung mở thyristor ứng với góc mở α = 300……… 53 Hình 3.9 Sơ đồ hệ thống phát xung……………………………………… 54 Hình 3.10 Lưu đồ thuật tốn phát xung điều khiển dùng điện áp đồng pha…………………………………………………… 57 Hình 3.11 Lưu đồ thuật tốn chương trình tạo xung……………… 58 Hình 3.12 Lưu đồ thuật tốn phát xung điều khiển dùng điện áp đồng ba pha…………………………………………………… 60 Hình 3.13 Lưu đồ thuật tốn phát xung điều khiển pha A………………… 60 Hình 3.14 Lưu đồ thuật tốn chương trình ngắt Timer2 ngắt truyền thơng…………………………………………………………… 61 Hình 3.15 Mạch chỉnh định………………………………………………… 62 Hình 3.16 Giao diện điều khiển từ máy tính PC…………………………… 63 Hình 3.17 Mơ hình mạch điều khiển có ghép nối với máy tính mạch chỉnh định……………………………………………………… 64 Hình 3.18 Mơ hình mơ mạch điều khiển…………………………… 65 Hình 3.19 Kết mô phát xung T1, T2, T3 với α = 300 (máy sóng 1)…………………………………………………………… Hình 3.20 Kết mô phát xung T4, T5, T6 với α = 300 (máy sóng 2)…………………………………………………………… Hình 3.21 Hình 3.22 67 67 Kết mô phát xung T1, T2, T3 với α = 90 (máy sóng 1)…………………………………………………………… 68 Kết mô phát xung T4, T5, T6 với α = 900 (máy 68 -5- sóng 2)…………………………………………………………… Hình 3.23 Nhóm thyristor đấu Katot chung ( T1, T3, T5) cấp xung… 69 Hình 3.24 Nhóm thyristor đấu Anod chung ( T2, T4, T6) cấp xung… 69 Hình A.1 Kiến trúc Havard kiến trúc Von-Neuman…………………… 74 Hình A.2 Các dạng sơ đồ chân Pic18Fxx2…………………………… 76 Hình A.3 Các dạng sơ đồ chân Pic18Fxx2…………………………… 76 Hình A.4 Sơ đồ khối vi điều khiển Pic18F2x2…………………………… 78 Hình A.5 Sơ đồ khối vi điều khiển Pic18F4x2…………………………… 79 Hình A.6 Bộ nhớ chương trình PIC18Fxx2…………………………… 80 Hình A.7 Sơ đồ nhớ liệu PIC18F242 PIC18F442…………… 81 Hình A.8 Sơ đồ nhớ liệu PIC18F252 PIC18F452…………… 81 Hình A.9 Sơ đồ khối Timer0 chế độ bit…………………………… 83 Hình A.10 Sơ đồ khối Timer0 chế độ 16 bit………………………… 83 Hình A.11 Sơ đồ khối Timer1………………………………………… 84 Hình A.12 Sơ đồ khối Timer2………………………………………… 85 Hình A.13 Sơ đồ khối Timer3………………………………………… 85 Hình A.14 Sơ đồ khối CCP (Capture mode)………………………………… 87 Hình A.15 Sơ đồ khối CCP (Compare mode)……………………………… 88 Hình A.16 Sơ đồ khối CCP (PWM mode)………………………………… 89 Hình A.17 Sơ đồ khối truyền khơng đồng bộ…………………………… 90 Hình A.18 Sơ đồ khối nhận khơng đồng bộ…………………………… 91 Hình A.19 Sơ đồ khối ADC…………………………………………… 92 Hình A.20 Các cách lưu kết chuyển đổi ADC………………………… 92 -6- DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 2.1 Thơng số ЭКГ–10………………………………… 24 Bảng 2.2 Các máy điện máy xúc ЭКГ–10…………………… 25 Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật máy phát nâng hạ 4ГΠЭM600 – 1/1T2 26 Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật động nâng/hạ ……………………… 29 Bảng 2.5 Thông số kỹ thuật động đồng bộ……………………… 30 Bảng 2.6 Thơng số đặc tính kỹ thuật điều khiển……………… 41 Bảng A.1 Đặc trưng kỹ thuật vi điều khiển Pic18Fxx2……………… 77 -7- DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu Giải thích ADC Analog-to-Digital (A/D) converter CCP Capture/Compare/PWM CPU Center Processor Unit F-Đ Hệ máy phát – động GPR General Purpose Register KĐT Khuếch đại từ NRZ None-Return-to-Zero SCI Serial Communication Interface SFG Special Function Register PIC Programmable Intelligent Computer PWM Pulse Width Modulation Timer Các định thời USART Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter 100 int pin4; int pin6; int pin2; // Trang thai chan PIN_D4 // Trang thai chan PIN_D6 // Trang thai chan PIN_D2 int Anod_Comm; int Katod_Comm; // Nhom Anod chung // Nhom Katod chung if (input(PIN_A1)) // { if (input(PIN_A2)) { Anod_Comm = 1; Katod_Comm = 0; } else { Anod_Comm = 0; Katod_Comm = 1; } } else { Anod_Comm = 1; Katod_Comm = 1; } Lua chon So co dao chieu // Quay thuan // Quay nguoc // So khong dao chieu // phat xung T1, T4 if ((time0 >=(208+anpha)) && (time0 =(1456+anpha)) && (time0 208) // anpha > 30 { if (time0 < (anpha - 208)) { pin4 = 1; } } if ((pin4 == 1) && (Anod_Comm == 1)) output_high(PIN_D4); else output_low(PIN_D4); // phat xung T3, T6 if ((time1 >=(208+anpha)) && (time1 =(1456+anpha)) && (time1 208) // anpha > 30 { if (time1 < (anpha - 208)) { pin6 = 1; } } if ((pin6 == 1) && (Anod_Comm == 1)) output_high(PIN_D6); else output_low(PIN_D6); // phat xung T5, T2 if ((time3 >=(208+anpha)) && (time3 =(1456+anpha)) && (time3 208) // anpha > 30 { if (time3 < (anpha - 208)) { pin2 = 1; } } if ((pin2 == 1) && (Anod_Comm == 1)) output_high(PIN_D2); else output_low(PIN_D2); } // End Pulse ======================================== //=====Gui du lieu theo duong I2C==================== void Send_data(int8 temp) { #bit flag_bit = temp.7 int8 i; for(i=0;iT3->T4->T5->T6->T1 // Xung sau cach xung truoc mot khoang 2pi/6 (ung voi 0,02/6 giay, // hay gia tri 416 cua Timer T0) // Do rong moi xung la 2pi/3 (ung voi 0,02/3 giay) int Anod_Comm; int Katod_Comm; int Xung_T1, Xung_T2, Xung_T3, Xung_T4, Xung_T5, Xung_T6; if (input(PIN_A1)) { if (input(PIN_A2)) { Anod_Comm = 1; Katod_Comm = 0; // Lua chon So co dao chieu // Quay thuan 104 } else { Anod_Comm = 0; Katod_Comm = 1; } } else { Anod_Comm = 1; Katod_Comm = 1; } // Quay nguoc // So khong dao chieu if ((time >=(208+anpha)) && (time =(624+anpha)) && (time =(1040+anpha)) && (time =(1456+anpha)) && (time =(1872+anpha)) && (time 208) // anpha > 30 { if (time < (anpha - 208)) { Xung_T4 = 1; Xung_T5 = 1; Xung_T1 = 0; Xung_T2 = 0; Xung_T3 = 0; Xung_T6 = 0; } if ((time >= { Xung_T5 = Xung_T6 = Xung_T1 = Xung_T2 = Xung_T3 = Xung_T4 = } (anpha - 208)) && (time < (anpha + 208))) 1; 1; 0; 0; 0; 0; } else { // anpha =(2288+anpha)) && (time chu ky may // = chu ky dao dong = 0,000001s #use rs232(baud=9600,parity=N,xmit=PIN_C6,rcv=PIN_C7,bits=8) int8 mang[] ={0b11000000, 0b11111001, 0b10100100, 0b10110000, 0b10011001, 0b10010010, 0b10000010, 0b11111000, 0b10000000, 0b10010000}; // Hang chuc int8 mang1[]={0b01000000, 0b01111001, 0b00100100, 0b00110000, 0b00011001, 0b00010010, 0b00000010, 0b01111000, 0b00000000, 0b00010000}; // Hang don vi // Dinh nghia cho Timer2 #bit TMR2IE = 0xf9d.1 // bit cho phep ngat Timer2 #bit TMR2IF = 0xf9e.1 // bit cof ngat Timer2 #byte TMR2 = 0xfcc // gia tri hien hanh Timer2 #byte T2CON = 0xfca // Thanh ghi lenh cua Timer2 #byte PR2 = 0xfcb // Thanh ghi chu ky cua Timer2 // Dinh nghia cac cong I/O #byte TRISA = 0xf92 #byte TRISB = 0xf93 #byte TRISC = 0xf94 #byte TRISD = 0xf95 #byte TRISE = 0xf96 #byte LATA = 0xf89 #byte LATB = 0xf8a #byte LATC = 0xf8b #byte LATD = 0xf8c 108 #byte LATE = 0xf8d #bit control2 = 0xf8b.5 // LATC5 // Dinh nghia cho ADC #bit ADON = 0xfc2.0 // A/D On bit #bit AD_DONE = 0xfc2.2 // A/D Conversion Status bit #bit ADFM = 0xfc1.7 // A/D Result Format Select bit // Dinh nghia cac chan cho ket noi 74HC595 #bit clk = 0xf8b.1 74HC595 // LATC.1 noi vao chan 11(SH_CP) cua #bit data = 0xf8b.2 // LATC.2 noi vao chan 14 cua 74HC595 #bit latch = 0xf8b.3 // LATC.3 noi vao chan 12 cua 74HC595 int anpha_do; // Goc mo anpha int anpha_do_tmp; long anpha; float temp; // Bien trung gian long int reading; // Doc gia tri tuc thoi cua ADC char str[2]; // Chuoi so nhan tu PC qua cong COM // Khai bao cac chuong trinh void interrup_Timer2(); // Ngat Timer2 void Init_ADC(void); // Khoi tao ADC void Init_TIMER2(void); // Khoi tao Timer2 void Init_PORT(void); // Khoi tao cong PORT // Chuong trinh tao xung void Pulse(long time0, long time1, long time3, long anpha); void Send_data(int8 temp);// Chuong trinh gui du lieu void Latch_data(int16 delay_time); // Chuong trinh chot du lieu void Display(int n); // Chuong trinh hien thi LED //=====Bat dau cac chuong trinh con================= //=====Chuong trinh dich vu ngat Timer3========= 109 #INT_TIMER2 void interrup_Timer2() { int i; if (1) { i = i+1; if (i == 2) // doc ADC sau 2*50 = 100ms { reading=read_adc(); // read ADC 10 bit(HHHHHHHH LL000000) temp = (float)625.0*(1 - reading/1023.0); anpha = (long) (temp); anpha_do = (int)(temp*30/208);// Goc anpha tinh theo i = 0; } } PR2 = 195; // Chu ky Timer2 tran sau // 195*16*16*0,000001 = 50ms TMR2IF = 0; // Xoa cof ngat Timer3 return; } // End interrup_Timer3 ============================= #int_tbe void serial_isr() { putc(anpha_do); //control2 = 1; disable_interrupts(int_tbe); 110 return; } //=====Chuong trinh khoi tao ADC==================== void Init_ADC(void) { setup_adc_ports(AN0); // setup portA: Analog input set_adc_channel( ); setup_adc(ADC_CLOCK_INTERNAL); // Use internal clock for conversion ADFM = 1; // Right justified Six (6) Most //Significant bits of ADRESH are read as ’0’ // 16bit ADC: (000000HH HHHHHHLL) } // End Init_ADC ==================================== //=====Chuong trinh khoi tao Timer2================= void Init_TIMER2(void) { T2CON = 0b01111111; // postscale 1:16; prescale 1:16; // TMR2ON = ON PR2 = 195; // Chu ky Timer2 tran sau // 195*16*16*0,000001 = 50ms TMR2IE = 1; // Cho phep ngat Timer2 enable_interrupts(global); // Cho phep ngat toan cuc hoat dong } // End Init_TIMER2 ================================= //=====Chuong trinh khoi tao cac cong PORT============ void Init_PORT(void) 111 { TRISA = 0xff; // Cong A la Input TRISB = 0xff; // Cong B la Input va Output TRISC = 0x80; // Cong C la Output, PINC7=input TRISD = 0x00; // Cong D la Output TRISE = 0x00; // Cong E la Output } // End Init_PORT ===================================== //=====Gui du lieu theo duong I2C==================== void Send_data(int8 temp) { #bit flag_bit = temp.7 int8 i; for(i=0;i