Nghiên cứu ứng dụng biến tần điều khiển truyền động cho hệ thống băng sàng ở một số mỏ lộ thiên quảng ninh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT TRẦN ĐỨC QUÝ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BIẾN TẦN ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG CHO HỆ THỐNG BĂNG - SÀNG Ở MỘT SỐ MỎ LỘ THIÊN QUẢNG NINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Hà nội - 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT TRẦN ĐỨC QUÝ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BIẾN TẦN ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG CHO HỆ THỐNG BĂNG - SÀNG Ở MỘT SỐ MỎ LỘ THIÊN QUẢNG NINH Chuyên ngành: Điện khí hóa mỏ Mã số: 60.52.52 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Đào Đắc Tuyên Hà nội - 2010 LỜI CAM ĐOAN 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 định số 166/QĐ - MĐC Hiệu trưởng trường Đại học Mỏ - Địa chất Các số liệu, kết luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Hà nội, ngày 15 tháng năm 2010 Tác giả luận văn Trần Đức Quý LỜI CẢM ƠN Với tình cảm chân thành, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Ban Giám hiệu, Phòng Đại học sau Đại học, thầy Khoa Điện, Bộ mơn Điện khí hóa Trường Đại học Mỏ Địa chất trực tiếp giảng dạy, hướng dẫn tác giả trình học tập nghiên cứu Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban Giám đốc, phịng Cơ điện Cơng ty Cổ phần than Cọc Sáu - TKV, Công ty cổ phần than Cao Sơn - TKV, Công ty cổ phần than Đèo Nai - TKV, Công ty cổ phần than Núi Béo - TKV, Công ty cổ phần than Hà Tu - TKV tận tình cung cấp thơng tin tham gia ý kiến giúp đỡ tác giả làm luận văn Đặc biệt tác giả xin bày tỏ kính trọng lòng biết ơn sâu sắc đến Tiến Sĩ Đào Đắc Tuyên người tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tác giả hồn thành luận văn Trong q trình học tập nghiên cứu, thân có nhiều cố gắng, song khơng tránh khỏi thiếu sót Kính mong thầy bạn đồng nghiệp dẫn góp ý Tác giả xin chân thành cám ơn! Hà Nội, ngày 15 tháng 09 năm 2010 Tác giả luận văn Trần Đức Quý ω ω1 cosϕ ĐCKĐB f FOC I Iđm J M Mc Mđt Mđm np P Q S TBA PWM DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Tần số góc điện áp xoay chiều ba pha cấp cho động Tần số góc điện áp lưới điện cấp cho chỉnh lưu Hệ số công suất Động không đồng ba pha Tần số Điều khiển tựa từ trường (viết tắt Field Oriented Control) Giá trị hiệu dụng dòng điện pha động Dòng điện định mức Mơ men qn tính Mơ men, mơ men động Mô men cản tác động lên trục động (mô men tải) Mô men điện từ động Mô men định mức Số đôi cực từ động Công suất tác dụng Công suất phản kháng Công suất biểu kiến Trạm biến áp Điều chế độ rộng xung (viết tắt Pulse Width Modulation) MỤC LỤC Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục bảng biểu Danh mục hình vẽ, đồ thị Danh mục ký hiệu chữ viết tắt Danh Mục MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Cấu trúc luận văn Chương ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG VẬN HÀNH HỆ THỐNG BĂNG - SÀNG MỘT SỐ MỎ LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH Khái quát chung công nghệ khai thác số mỏ lộ 1.1 thiên vùng Quảng Ninh Các hình thức vận tải áp dụng mỏ lộ thiên Quảng 1.2 Ninh Tổng quan hệ thống băng - sàng số mỏ lộ thiên 1.3 Quảng Ninh Các phương pháp điều khiển truyền động hệ 1.4 thống băng-sàng số mỏ lộ thiên vùng Quảng Nin Đánh giá thực trạng vận hành hệ thống băng- sàng số 1.5 mỏ lộ thiên vùng Quảng Ninh Chương TỔNG QUAN VỀ BIẾN TẦN 2.1 Tổng quan biến tần 2.2 Tổng quan tình hình sử dụng biến tần điều khiển truyền Trang 1 1 2 2 4 10 26 30 32 32 44 động cho hệ thống băng - sàng số mỏ lộ thiên Quảng Ninh 2.3 Nhận xét Chương NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BIẾN TẦN ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG CHO HỆ THỐNG BĂNG - SÀNG Ở MỘT SỐ MỎ LỘ THIÊN QUẢNG NINH Mơ hình hóa hệ truyền động điện biến tần- động 3.1 phần mềm Matlab simulink Tính tốn tiết kiệm lượng sử dụng biến tần điều 3.2 khiển truyền động cho hệ thống băng- sàng Nghiên cứu ứng dụng hệ biến tần- động kết hợp PLC để điều 3.3 khiển truyền động cho hệ thống băng – sàng số mỏ lộ thiên Quảng Ninh KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 48 48 62 76 102 104 DANH MỤC CÁC BẢNG STT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Bảng Tên bảng Bảng 1.1 Sản lượng khai thác công ty than Cọc Sáu Bảng 1.2 Các thông số kỹ thuật số hệ thống băng sàng Cọc Sáu Bảng 1.3 Các thông số kỹ thuật động điện hệ thống sàng Bảng 1.4 Các thông số kỹ thuật động điện hệ thống Ga B Bảng 1.5 Các thông số kỹ thuật động điện hệ thống sàng 19/5 Bảng 1.6 Các thông số kỹ thuật động hệ thống băng – sang mỏ Cao Sơn Bảng 1.7 Các thông số kỹ thuật hệ thống sàng- máy nghiền mỏ Đèo Nai Bảng 1.8 Các thông số kỹ thuật hệ thống băng tải mỏ Đèo Nai Bảng 2.1 Trạng thái logic nhánh van Bảng 2.2 Thống kê hệ thống băng - sàng số mỏ lộ thiên điều khiển truyền động biến tần Bảng 3.1 Bảng hệ số công suất cosϕ theo phần trăm mang tải số động hệ thống băng - sàng Bảng 3.2 Hệ số tính đến sức cản phụ tải băng Bảng 3.3 Hệ số sức cản chuyển động nhánh có tải w0ct nhánh không tải w0kt Bảng 3.4 Khối lượng lăn nhánh có tải G’và nhánh khơng tải G’’ Bảng 3.5 Hiệu suất ứng với phần trăm mang tải Bảng 3.6 Các đặc tính kỹ thuật CPU 212, CPU 214 Bảng 3.7 Cổng truyền thông PLC S7- 200 Bảng 3.8 Chức cáp loadcell SWS 410 Bảng 3.9 Các thơng số loadcel Trang 11 12 13 14 19 20 21 40 45 64 67 68 68 71 81 81 97 97 STT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ Hình vẽ - Đồ thị Trang Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ khai thác mỏ than Cọc Sáu Hình 1.2 Sơ đồ cơng nghệ khai thác mỏ than Cao Sơn, Đèo Nai Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý TBA 400kVA cung cấp điện cho 15 hệ thống sàng 19/5 Hình 1.4 Sơ đồ cung cấp điện hệ thống sàng 19/5 không 16 sử dụng biến tần Hình 1.5 Sơ đồ cung cấp điện hệ thống sàng 19/5 sử dụng 16 biến tần Hình 1.6 Sơ đồ cơng nghệ hệ thống sàng rung mỏ than Cao 18 Sơn Hình 1.7 Sơ đồ dây chuyền cơng nghệ mỏ Đèo Nai 20 Hình 1.8 Sơ đồ nguyên lý động khởi động trực tiếp 29 Hình 2.1 Biến tần trực tiếp 32 Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý biến tần trực tiếp 32 Hình 2.3 Đồ thị điện áp đầu biến tần trực tiếp 33 Hình 2.4 Bộ biến tần gián tiếp có khâu trung gian chiều 36 Hình 2.5 Bộ biến tần điều khiển véctơ 39 Hình 2.6 Vị trí tương đối khơng gian vector 41 Hình 2.7 Trạng thái đóng cắt van 43 Hình 3.1 Sơ đồ mơ động không sử dụng biến 48 tần Hình 3.2 Kết mơ động khơng sử dụng biến 51 tần Hình 3.3 Sơ đồ mơ động sử dụng biến tần 52 Hình 3.4 Khối lọc giải phóng lượng 54 Hình 3.5 Bộ điều chỉnh véc tơ tựa từ thông 55 Hình 3.6 Khối điều chỉnh tốc độ vector tựa từ thơng 56 rơto Hình 3.7 Kết mơ sử dụng biến tần 60 Hình 3.8 Sơ đồ tính tốn hệ số cosϕ 62 Hình 3.9 Kết chạy mơ 63 Hình 3.10 Mơ hình tính tốn hệ số cosϕ sử dụng biến tần 65 26 27 28 29 30 31 Hình 3.11 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ cosϕ= f(Kt.100) Hình 3.12.Đồ thị η= f(Kt.100) Hình 3.13 Chế độ tải ngày điển hình Hình 3.14 Mơ hình tính tốn tiết kiệm lượng Hình 3.15 Mơ hình hệ thống PLC- Biến tần- Động Hình 3.16 Các mơ đun phần cứng PLC Hình 3.17 Hai cách ghép nối PLC S7-200 với máy tính để 32 truyềnthơng Hình 3.18 Mạch điện lực mạch điều khiển Biến tần ATV 33 71 34 Hình 3.19.Hình ảnh số loadcell thực tế 70 72 73 74 77 79 82 86 96 92 Cực hóa Dịch vụ Diagnos tics (chẩn đốn) Khơng có trở kháng cực hóa Các trở kháng cần cung cấp hệ thống nối dây (ví dụ: mạng chủ) Địa đến 247, định dạng thơng qua cực hiển thị workshop phần mềm PowerSuite: Có thể định dạng địa để tiếp cận liệu ổ, card lập trình “Controller Inside” card thông tin theo thứ tự định sẵn địa dùng cho cổng nối cổng mạng Chuyển tải Read Holding Registers (03) tối đa 63 từ tin nhắn Write Single Register (06) Write/Write Multiple Registers (23) tối đa 63/59 từ Read Device Identification (43) Diagnostics (08) Theo dõi Có thể ngăn chặn thơng tin “time out” đặt khoảng 0,1s đến 30s Với LED Một hoạt động LED cực hiển thị 7-đoạn lồng ghép, LED cho cổng Với cực hiển Một hoạt động LED thị graphic Từ lệnh nhận Tham chiếu nhận Đối với cổng: • Số khung nhận • Số khung khơng 3.3.2.3 Lựa chọn cảm biến khối lượng Loadcell Khi cân hoạt động, nguyên liệu rải băng Do băng đặt khung băng, khung băng đè lên tế bào cân tạo lực F, lực tế bào cân cảm nhận biến đổi thành tín hiệu điện tương ứng với trọng lượng vật liệu Tín hiệu đưa qua chuẩn hoá cân gửi đến điều khiển q trình Tín hiệu đầu Loadcell tín hiệu tương tự kết nối trực tiếp với PLC thông qua cổng truyền thơng Bộ phận loadcell điện trở mỏng loại dán Tấm điện trở phương tiện để biến đổi biến dạng bé thành thay đổi 93 tương ứng điện trở Có hai loại điện trở dán dùng làm cảm biến lực dịch chuyển: loại liên kết (bonded) loại không liên kết (unbonded) Tấm điện trở liên kết dùng để đo độ biến dạng vị trí xác định bề mặt phận đàn hồi Điện trở dán trực tiếp vào điểm cần đo biến dạng vật đàn hồi Biến dạng truyền trực tiếp vào điện trở làm thay đổi giá trị điện trở tương ứng Cảm biến dùng điện trở loại không liên kết sử dụng để đo lượng di động nhỏ Một lượng di động mối liên kết khí tạo nên làm thay đổi điện trở làm cảm biến Lượng di động thường tạo nên lực tác động vào phận đàn hồi Vì điện trở khơng liên kết đo toàn lượng dịch chuyển phận đàn hồi điện trở liên kết đo biến dạng điểm xác định bề mặt phận đàn hồi Trong cách lấy tín hiệu từ cảm biến mang đặc tính tổng trở, mạch lấy tín hiệu tối ưu mạch cầu Đây phương pháp để đo thay đổi nhỏ điện trở phần tử mà giá trị điện áp tỷ lệ với thay đổi điện trở có khối lượng (hay lực) đặt vào cảm biến Hoạt động mạch cầu có hai trường hợp: mạch cầu cân mạch cầu không cân Ở mạch cầu cân điện trở cảm biến xác định từ giá trị ba điện trở R0 biết trước Ở cách đo không cân bằng, thay đổi điện trở cảm biến từ giá trị sở tạo nên sai lệch nhỏ hai điện áp ngõ mạch cầu Sử dụng khuếch khuếch đại sai lệch lên để dễ dàng xử lý Điện trở cảm biến gắn vào nhánh mạch cầu Wheatstone khơng cân hình Các trị số điện trở R0 cố định nên cầu cân điện trở làm cảm biến RS trị số sở 94 xác định, ta gọi giá trị Rbal (balance) Liên hệ giá trị R0 Rbal cầu cân là: Rbal = R0 RS R0 E R0 ΔU R0 Như cấp điện áp chiều ổn định lên nhánh cầu điện áp lấy nhánh lại thay đổi tương ứng với lực tương đối tác dụng lên thân đàn hồi loadcell Nhìn vào sơ đồ mạch cầu ta có điện áp theo điện trở mạch cầu là: ΔU = ΔRS R − R0 RS E R S E R =E − = E.( − ) = E S R S + R0 R S + R0 R0 + R S R0 + R S R0 + R0 Do khoảng cách thay đổi thân đàn hồi Loadcell nhỏ vào khoảng 0,01 đến 0,1 mm, dẫn đến Rs thay đổi nhỏ ΔRS= (RS- R0)