Nghiên cứu ứng dụng điều khiển hệ truyền động điện biến tần động cơ bằng plc cho tời trục mỏ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT ĐỖ CHÍ THÀNH NGHIÊN CỨU ỨNG ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN-ĐỘNG CƠ BẰNG PLC CJO TỚI TRỤC MỎ Chuyên ngành: TỰ ĐỘNG HÓA Mã số: 60.52.60 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS PHAN MINH TẠO HÀ NỘI 2010 MỞ ðẦU 1.Tính cấp thiết đề tài Hiện ngành cơng nghiệp khai thác chế biến than thiết kế xây dựng ngày có cơng suất lớn hơn, biên giới mỏ ñược mở rộng, mỏ than hầm lị ngày xuống sâu trình ñộ trang bị giới hoá cao ðồng nghĩa với việc nhu cầu sử dụng điện cho khâu: thơng gió, bơm nước mỏ, vận tải, máy khai thác ngày gia tăng Vì vấn đề sử dụng điện cách có hiệu quả, ñáp ứng tiêu kinh tế kỹ thuật, an tồn cần thiết Từ vấn đề để triển khai chương trình bước tự động hố khâu sản xuất, đặc biệt tiết kiệm điện năng, ngày 22/08/2005 Tổng giám đốc Tập đồn Cơng nghiệp than khống sản Việt Nam ban hành thị số 08/CTCðM việc sử dụng lượng tiết kiệm hiệu sản xuất, công văn số 1166/CV- CL ngày 26/02/2007 thông báo kết luận Tổng giám ñốc sử dụng biến tần khởi ñộng mềm nhằm tiết kiệm ñiện Chương trình đầu tư, phát triển sản xuất than tập đồn than khống sản Việt Nam tập trung giải vấn đề giảm chi phí đầu vào, nâng cao hiệu sản xuất kinh doanh ðồng thời tiết kiệm ñiện nâng cao lực sản xuất vấn ñề cấp bách sản lượng khai thác ngày tăng Giải pháp ứng dụng biến tần ñể ñiều khiển hệ thống vận tải băng tải, máng cào, trục tải; hệ thống bơm nước chính, hệ thống quạt thơng gió thay cho hệ thống điều khiển cũ khơng giúp cho hệ thống chạy ổn ñịnh, dải ñiều chỉnh rộng, nâng cao tuổi thọ ñộng cơ, tuổi thọ hệ thống, nâng cao suất đơn giản q trình vận hành, mà cịn tiết kiệm điện Do việc nghiên cứu ứng dụng hệ truyền ñộng ñiện Biến tần - ðộng ñể ñiều khiển cho hệ thống vận tải trục tải giếng nghiêng – khâu vận tải cần thiết 2 Mục tiêu ñề tài “Nghiên cứu ứng dụng ñiều khiển hệ truyền ñộng ñiện Biến tần - ðộng PLC cho tời trục mỏ” ðể tự động hóa việc ñiều khiển cho trục tải giếng nghiêng Nhằm giải vấn đề sau: + Tự động hố việc điều khiển công nghệ vận tải tời trục qua giếng nghiêng + Tiết kiệm ñiện năng, ñáp ứng yêu cầu ñiều khiển mềm dẻo theo công nghệ ðối tượng phạm vi nghiên cứu ñề tài - ðối tượng nghiên cứu ñề tài hệ truyền ñộng ñiện Biến tần - ðộng truyền ñộng cho trục tải vận tải người thiết bị vật liệu qua giếng nghiêng phụ - Phạm vi nghiên cứu trục tải vận tải qua giếng nghiêng vùng mỏ Quảng Ninh Nội dung nghiên cứu - Khảo sát thực trạng hệ ñiều khiển tời trục mỏ khu vực khai thác mỏ hầm lò vùng than Quảng Ninh - Mơ hệ thống truyền động điện Biến tần - ðộng cho trục tải giếng nghiêng phần mềm SIMULINK - MATLAB - Nghiên cứu ứng dụng hệ điều khiển lơgic khả trình (PLC) – Biến tần - ðộng để tự động hố trục tải giếng nghiêng - Xây dựng giám sát hệ ñiều khiển WinCC Phương pháp nghiên cứu Trong phạm vi ñề tài sử dụng phương pháp nghiên cứu tổng hợp sau: - Phương pháp thực nghiệm: Khảo sát thực trạng mỏ than ñể nắm rõ mức ñộ vận tải sử dụng trục tải - Phương pháp mơ phân tích: nhằm mơ hệ truyền động ñiện cho trục tải ghiếng nghiêng - Phương pháp tính tốn lý thuyết: dựa kết mơ để từ tự động hố hệ truyền động điện cho trục tải mỏ Ý nghĩa khoa học thực tiễn - Kết nghiên cứu triển khai áp dụng cải tiến hệ truyền ñộng ñiện của trục tải ñang sử dụng ñể nâng cao lực, an toàn hiệu vận tải mỏ than hầm lò vùng Quảng ninh - Xây dựng giám sát hệ ñiều khiển WinCC Cấu trúc luận văn Luận văn gồm phần mở ñầu, chương phần kết luận, 61 hình vẽ bảng trình bày 180 trang phụ lục Luận văn ñược thực Bộ mơn Tự động hóa, trường ðại học Mỏ ðịa chất Trong q trình thực tác giả nhận bảo hướng dẫn tận tình TS Phan Minh Tạo, ý kiến đóng góp q báu thầy Bộ mơn Tự động hố Tuy nhiên, ñiều kiện học viên lực hạn chế, luận văn chắn cịn có thiếu sót, tác giả kính mong giúp đỡ bảo thầy Bộ mơn tự động hóa, ý kiến nhà khoa học, bạn bè ñồng nghiệp ñể luận văn ñược hoàn thiện Tác giả xin chân thành cảm ơn! CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ ðIỀU KHIỂN TRUYỀN ðỘNG ðIỆN CỦA TỜI TRỤC MỎ TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 1.1 Tình hình sử dụng tời trục giới Việt Nam 1.1.Tình hình sử dụng tời trục giới Vận tải tời trục hình thức vận tải phổ biến nước giới Vận tải tời trục có nhiệm vụ giải vấn ñề ñi lại khu vực khai thác mỏ, vận chuyển vật liệu, khoáng sản hầm mỏ Theo qui trình cơng nghệ khai thác than mỏ hầm lò, hệ thống vận tải mỏ tổ hợp thiết bị vận tải liên tục: băng tải, máng cào không liên tục tời trục, Trong đó, tời trục phương tiện vận tải quan trọng có nhiệm vụ vận chuyển than, đất mặt vận chuyển giàn, giá, cột chống thuỷ lực, máy móc thiết bị, vật liệu công nhân vào mỏ làm việc Ở mỏ hầm lị giới, tính chất riêng biệt khâu vận chuyển nên tời trục phương tiện vận tải quan trọng hiệu ñể vận chuyển ñất ñá, khoáng sản, thiết bị vật tư người phục vụ sản xuất Theo thống kê giới số nước sử dụng tời trục khai thác mỏ hầm lị điển hình Trung Quốc Nga Cơng ty TNHH chế tạo thiết bị điện Sơn ðơng (Trung Quốc) chuyên sản xuất máy khai thác phục vụ cho khai thác mỏ hầm lị đặc biệt tời trục phục vụ nước cung cấp cho nước ñặc biệt Việt Nam, số thiết bị tời trục ñược thống kê bảng 1.1 Bảng 1.1 Lực kéo Chiều dài làm Tổng trọng lớn việc (m) lượng (KN) (Kg) Mã hiệu tời Cơng suất động (KW) Tốc ñộ nâng (m/s) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) JD -1 11.4 0,43 - 1,03 10 400 550 STT JD -1.6 25 0.6 -1.2 20 400 1460 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) JD – 2.5 40 1.115-1.632 25 400-650 2800 JD – 45 1.115 – 1.632 30 400-650 2800 JH – 7.5 0.1 80 80 650 JH – 14 18.5 0.1 140 120 1400 JH – 20 22 0.124 200 170 2500 JH – 30 45 0.13 300 31 4460 JH – 8E 7.5 0.115 80 80 650 10 JTK - 1600 130 2.5 45 865 11080 11 JK – 2/20A 255 3,75 60 1000 11250 12 JK – 2.5/20A 570 4.7 90 1300 12750 13 Một số loại tời trục Nga sản suất ñược thống kê bảng 1.2 Bảng 1.2 Mã hiệu (1) Tốc độ Cơng Trọng chuyển suất lượng ñộng cáp ñộng máy (m/s) (kW) (KG) (5) (6) (7) (1) 1500 25 2,5 140 22700 2000 1500 25 3,7 225 22700 2000 1000 25 2,5 90 31300 ðường Chiều ðường kính tang rộng kính cáp (mm) (mm) lớn (2) (3) (4) 2000 Số tang БМ2000/1530 -3A БМ2000/1520 -3A 2БМ2000/1020 -3A 2БМ2500/1230 2500 1200 31 2,5/3,15 115/140 34050 2500 1200 31 5,45/6,6 250/300 34055 3000 2000 37 3,0/3,7 260/325 40600 3000 2000 37 4,5/5,6 345/450 40920 3000 1500 37 4,5/5,7 350/460 48050 800 600 15,5 1,5 15 1504 1200 1000 17,5 2,0 60 7200 1200 800 18,5 2,0 35 8400 850 600 21,5 0,24 20 4540 -4A 2БМ2500/12114A БМ3000/2030 -4A БМ3000/2030 -4A 2БМ3000/15114A БЛ – 800/6302M БЛ – 1200/10302M 2БЛ – 1200/8302M ΠΠΚ – 4/500 1.1.2 T×nh h×nh sư dơng têi trơc má ë ViƯt Nam Ở mỏ than vùng Quảng Ninh, tính phức tạp công nghệ khai thác, khối lượng công việc vận chuyển lớn, thiết bị vận tải ña dạng, giá thành vận tải chiếm từ 40% ñến 50% tổng chi phí chung Vì để giải tốt nhiệm vụ vận tải vừa ñáp ứng ñược yêu cầu khai thác vừa mang lại hiệu kinh tế cần phải lựa chọn công nghệ vận tải hợp lý ðồng thời phải lựa chọn thiết bị vận tải phù hợp nhằm phát huy hiệu lực vận tải chúng Vận tải tời trục có ưu ñiểm suất vận tải lớn, làm việc với ñộ tin cậy cao, dễ bảo quản sử dụng điều khiển, chi phí sản xuất nhỏ, khơng ồn, khơng gây bụi, đầu tư ban đầu khơng cao so với ñầu tư xây dựng tuyến băng chuyền cỡ lớn nên hầu hết mỏ than khai thác hầm lị nước ta sử dụng tời trục làm phương tiện vận chuyển Theo số liệu khảo sát thực tế mỏ than lớn trung bình vùng Quảng Ninh, có tời trục hoạt ñộng, số lượng tời trục mỏ làm việc số mỏ trình bày bảng 1.3 Bảng 1.3 TT Tên ñơn vị Mã hiệu Nước SX Tổng S.lượng (chiếc) (1) (2) (3) (4) (5) (6) JK – 2.5/20A SJ - 1600 JD -4 T.Quốc T.Quốc Ц1,6 x 1,2Б Nga 01 01 01 01 01 570 130 55 125 75 01 03 01 01 130 55 140 20 01 01 09 02 400 320 55 130 01 02 01 01 01 130 45 75 140 225 Công ty than Khe Chàm x ΠΓΛ-1200 JTK – 1.6 Công ty than Hà Lầm Công ty than Mông Dương Công ty than Thống Nhất T.Quốc JD – БM-2000 ЛПК-4 Ц-3,5x1,7-17 Ц-3,5x1,7-11 JD – JTK -1.6 JTK-1600 JH – 30 JTK- 1.0x0.8 БM-2000 2БM-2000 Nga Nga T.Quốc T.Quốc Nga C.suất đ.cơ (kW) Cơng ty than Mạo Khê (1) Nga 130 255 45 55 225 130 55 SJ-1600 JD - Công ty than Quang Hanh JD -2.5 JD – JD -4 T.Quốc 02 02 02 40 45 55 (2) (3) (4) (5) (6) 01 01 02 01 255 130 55 225 Công ty TNHH than Nam Mẫu 10 Công ty TNHH than ðồng Vông Công ty TNHH than Hồng Thái Tổng cộng Nga 01 01 02 02 Công ty than Dương Huy Công ty than Vàng Danh 11 T.Quốc 02 02 04 2ЛП 18/1000 2БM-2000 SJ-1600 JK-2/20A JD – JK – 2/20A SJ-1600 JD – T.Quốc БM-2000 Nga SJ-1600 JD - T.Quốc 02 04 130 55 JD - T.Quốc 03 55 SJ -1600 T.Quốc 01 130 БM-2000 Nga 02 140 JD - T.Quốc 04 55 JH -30 T.Quốc 04 45 75 Vận tải tời trục có ảnh hưởng đáng kể đến sản lượng khai thác mỏ than hầm lò Trong ñiều kiện khai thác xuống sâu, khâu vận tải vấn ñề cần quan tâm, cho nâng cao lực vận tải, an tồn sản xuất tiết kiệm ñược ñiện ðể giải tốn việc tự động hóa khâu vận tải tời trục mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh cần thiết Hiện nay, ñộng truyền ñộng cho tời trục mỏ thường động điện xoay chiều khơng đồng ba pha rơto dây quấn, điều khiển chế độ làm việc tời trục mỏ chủ yếu phương pháp ñiều chỉnh ñiện trở phụ mạch rôto ñộng thơng qua cơng tắc tơ ðộng điện KðB ba pha rơto dây quấn có ưu nhược điểm là: + Ưu điểm: - Giảm dịng khởi động động ñộng cách ñưa ñiện trở phụ vào mạch rơto động đồng thời tăng mơmen khởi ñộng - ðiều chỉnh tốc ñộ ñộng ñược thực cách ñưa thêm loại ñiện trở phụ nhờ cơng tắc tơ - Có mơmen tới hạn (Mth) khơng đổi q trình làm việc ñiều chỉnh ñiện trở phụ mạch rôto - Dải ñiều chỉnh tốc độ phụ thuộc vào mơmen tải + Nhược ñiểm: - Tổn thất ñiện ñáng kể ñiện trở ñiều chỉnh ñặc biệt làm việc vùng tốc độ thấp - Q trình chuyển cấp tốc độ khơng êm dịu - Chi phí vận hành tăng phải thường xuyên bảo dưỡng, sửa chữa, thay vành góp điện, chổi than tiếp điểm 1.2.Các nguyên tắc ñiều khiển tự ñộng truyền ñộng ñiện [21] Chức hệ thống ñiều khiển tự ñộng truyền ñộng ñiện ñiều khiển tự ñộng q trình khởi động, hãm, đảo chiều quay điều chỉnh tốc ñộ Một hệ thống ñiều khiển tự ñộng truyền đồng điện (ðKTð Tðð) sử dụng phần tử có tiếp điểm khơng tiếp điểm 191 Thiết lập cho nút hạ tải Thiết lập cho ñèn cố: 192 Thiết lập sau: Thiết lập cho ñèn khởi ñộng hệ thống Thiết lập cho ñèn nâng tải 193 Thiết lập cho ñèn hạ tải Thiết lập cho I/O Field giá trị ñiều khiển Nhấp phải vào I/O Field giá trị ñiều khiển chọn Properties 194 Trong hộp thoại xuất chọn Tab Properties output/Input Nhấp phải vào cột Dynamic mục Output va lue chọn Tag Hộp thoại chọn Tag xuất hiện, chọn Tag tocdo (MW100) 195 Thiết lập cho I/O Field ñiện áp ñiều khiển Nhấp phải vào I/O Field ñiện áp ñiều khiển chọn Properties Trong hộp thoại xuất chọn Tab Properties output/Input Nhấp phải vào cột Dynamic mục Output value chọn Dynamic 196 Hộp thoại Dynamic value ranges xuất hiện, thiết lập sau Thiết lập cho I/O Field tần số ñiều khiển Thiết lập cho I/O Field tần số ñiều khiển Nhấp phải vào I/O Field tần số ñiều khiển chọn Properties 197 Trong hộp thoại xuất chọn Tab Properties output/Input Nhấp phải vào cột Dynamic mục Output value chọn Dynamic Hộp thoại Dynamic value ranges xuất hiện, thiết lập sau 198 Thiết lập cho I/O Field tốc ñộ ñộng Thiết lập cho I/O Field tốc ñộ ñộng Nhấp phải vào I/O Field tốc ñộ ñộng chọn Properties Trong hộp thoại xuất chọn Tab Properties output/Input Nhấp phải vào cột Dynamic mục Output value chọn Dynamic 199 Hộp thoại Dynamic value ranges xuất hiện, thiết lập sau 200 Phụ lục 6.Mơ hình kết nối hệ thống ñiều khiển hệ truyền ñộng ñiện Biến tần - ðộng PLC cho tời trục mỏ 201 Phụ lục 7.Ngoại hình biến tần INVT- CHH100-0630- 06 202 Phụ lục 8: Cách thức kết nối PLC với biến tần thực hình vẽ sau: Bước 1: Xác ñịnh ý nghĩa chân ñầu cổng truyền thơng PLC Hình : Sơ đồ chân cổng truyền thơng PLC Bước 2: Nối điện trở phụ để chống nhiễu Hình 2: ðiện trở nối chống nhiễu cho chuẩn truyền RS485 Bước 3: Kết nối PLC biến tần Hình 3: Hình vẽ kết nối PLC với biến tần 203 * Thiết lập tham số cho biến tần Trước thực kết nối PLC với biến tần phải chắc PLC biến tần ñã ñược nối với tham số sau ñã ñược thiết lập biến tần Xóa yếu tố thiết lập (khơng bắt buộc): P0010 = 30 P0970 = Nếu bỏ qua bước phải chắn tham số sau phải ñược thiết lập với giá trị sau: ðộ dài USS PZD: P2012 index = ðộ dài USS PKW: P2013 index = 127 Cho phép ñọc/ghi truy cập tất tham số: P0003 = 3 Kiểm tra ñộng thiết lập tham số cho ñộng cơ: P0304 = Dải ñiện áp ñộng (V) P0305 = Dải dòng ñiện ñộng (A) P0307 = Dải công suất ñộng (W) P0310 = Dải tần số ñộng (Hz) P0311 = Dải tốc ñộ ñộng (RPM) Các thiết lập thay ñổi tuỳ thuộc vào ñộng mà ta sử dụng Thiết lập kiểu ñiều khiển: P0700 index = 5 Thiết lập tần số ñặt USS on COM link: P1000 index = Thời gian tăng tốc P1120 = ñến … (s) Thời gian giảm tốc: P1121 = đến … (s) 204 Thời gian tính giây Thiết lập tần số liên kết nối tiếp P2000 = ñến 65000 Hz Thiết lập thông thường USS P2009 index = 10 Thiết lập tốc ñộ baud chuẩn truyền RS485 P2010 index0 = (2400 baud) (4800 baud) (9600 baud) (19200baud) (38400 baud) (57600 baud) 12 (115200 baud) 11 ðịa trạm tớ P2011 index = ñến 31 12 Thiết lập thời gian kết thúc trình truyền nhận P2014 index = ñến 65535 ms 13 Chuyển ñổi liệu từ nhớ RAM ñến EEPROM: P0971 = (bắt ñầu chuyển ñổi) tham số thiết lập ñược lưu EEPROM Phụ lục 9: Mơ hình ngun tắc nắp đặt module trạm PLC (hình 4) Trên thực tế module nối với thơng qua rack Một rack chứa tối ña module mở rộng (không kể module CPU module nguồn) CPU ñược nối tối ña với rack Các module ñược ñặt vào rack với quy tắc lắp ñặt sau: • Slot 1: Mặc định đặt module nguồn 205 • Slot 2: Mặc định đặt module CPU • Slot 3: ðặt module giao tiếp IM • Slot ÷ 11: Các module vào/ra, module chức năng, xử lý truyền thơng để trống Các rack 1, 2, quy tắc tương tự Nếu rack có chứa CPU slot rack cịn lại để trống Dưới ñây sơ ñồ minh họa việc ghép nối module Hình ... ðộng cho trục tải giếng nghiêng phần mềm SIMULINK - MATLAB - Nghiên cứu ứng dụng hệ điều khiển lơgic khả trình (PLC) – Biến tần - ðộng để tự động hố trục tải giếng nghiêng - Xây dựng giám sát hệ. .. tải giếng nghiêng – khâu vận tải cần thiết 2 Mục tiêu ñề tài ? ?Nghiên cứu ứng dụng ñiều khiển hệ truyền ñộng ñiện Biến tần - ðộng PLC cho tời trục mỏ? ?? ðể tự động hóa việc ñiều khiển cho trục tải... hệ truyền động điện Biến tần - ðộng Trong truyền ñộng ñiện tời trục mỏ, biến ñổi tần số trực tiếp ñã ñược ứnng dụng từ năm 80, công suất ñộng ñến 400kW Bộ biến ñổi tần số ứng dụng cho hệ truyền