(Đồ án tốt nghiệp) thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát mô hình cẩu trục dầm đôi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT MƠ HÌNH CẨU TRỤC DẦM ĐƠI GVHD: TS TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN SVTH : NGUYỄN NGỌC SƠN 12141455 SKL004588 Tp Hồ Chí Minh, tháng 02/2017 TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƢỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT MƠ HÌNH CẨU TRỤC DẦM ĐÔI SVTH: Nguyễn Ngọc Sơn MSSV: 12141455 Khố : 2012 Ngành: ĐIỆN TỬ- TRUYỀN THƠNG GVHD: T.S Trƣơng Đình Nhơn Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2017 TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƢỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT MƠ HÌNH CẨU TRỤC DẦM ĐƠI SVTH: Nguyễn Ngọc Sơn MSSV: 1214141455 Khoá : 2012 Ngành: ĐIỆN TỬ- TRUYỀN THƠNG GVHD: T.S Trƣơng Đình Nhơn Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2017 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHI ỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Ngọc Sơn Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện tử - Truyền thơng Giảng viên hƣớng dẫn: T.S Trƣơng Đình Nhơn Ng y nhận ề tài: 09/2016 Tên ề tài: Thiết kế hệ thống cẩu trục dầm ôi MSSV: 12141455 Lớp: 12141CLDT1 ĐT: 0903675119 Ngày nộp ề tài: 02/2017 iều khiển giám sát mơ hình Các số liệu, tài liệu ban ầu: - Tìm hiểu tài liệu, nghiên cứu trƣớc ây loại cẩu trục có thực tế Nội dung thực ề t i: - Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt ộng cẩu trục - Thiết kế, thi cơng, tính tốn lựa chọn phần cứng cho mơ hình cẩu trục dầm ôi - Thiết kế giao diện iều khiển, giám sát chuẩn oán hệ thống qua giao diện SCADA, HMI, Internet Explorer, Mobile… - Lƣu trữ, xuất báo cáo, biểu liệu thành file pdf Sản phẩm: - Mơ hình hệ thống iều khiển cẩu trục dầm GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN i CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc ******* PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪ N Họ v tên Sinh viên: Nguyễn Ngọc Sơn MSSV: 12141455 Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện tử - Truyền thông Tên ề t i: Thiết kế hệ thống iều khiển v giám sát mơ hình cẩu trục dầm Họ v tên Giáo viên hƣớng dẫn: T.S Trƣơng Đình Nhơn NHẬN XÉT Về nội dung ề t i & khối lƣợng thực hiện: Ƣu iểm: Khuyết iểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm:……………….(Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày…tháng…năm 20… Giáo viên hƣớng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) ii CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc ******* PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BI ỆN Họ v tên Sinh viên: Nguyễn Ngọc Sơn MSSV: 12141455 Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện tử - Truyền thông Tên ề t i: Thiết kế hệ thống iều khiển v giám sát mơ hình cẩu trục dầm Họ v tên Giáo viên phản biện: NHẬN XÉT Về nội dung ề t i & khối lƣợng thực hiện: Ƣu iểm: Khuyết iểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm:……………….(Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày…tháng…năm 20 Giáo viên phản biện (Ký & ghi rõ họ tên) iii LỜI CẢM ƠN Sinh viên xin chân th nh gửi lời cảm ơn ến: Ban giám hiệu trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.Hồ Chí Minh Cơng Ty Rockwell Automation Việt Nam Luận văn n y ho n th nh sinh viên không nhận ƣợc hƣớng dẫn Thầy giáo T.S Trƣơng Đình Nhơn, mơn Điều khiển- Tự ộng hóa Sinh viên xin gửi lời cảm ơn ặc biệt ến anh Nguyễn Đức Huy, Lê Văn Hải, Giáp Văn Vỹ, Viên Ngọc Minh Công Ty Rockwell Automation Việt Nam v anh Lê Nam Hải, Lê Bạch Quý Cƣờng, Trần Danh Hải, Bùi Phạm Đình Khang Cơng Ty Servo Dynamics ã hƣớng dẫn, tạo iều kiện tốt ể sinh viên ho n th nh ƣợc ề t i luận văn n y Mặc dù ã cố gắng trình tìm hiểu nhƣng kiến thức cịn hạn chế nên khơng tránh khỏi thiếu sót Sinh viên mong nhận ƣợc góp ý, nhận xét thầy cô v bạn ể án ho n thiện Sinh viên xin chân th nh cảm ơn! Tp.Hồ Chí Minh , Ngày…tháng…năm 20 Sinh viên thực Nguyễn Ngọc Sơn iv TÓM TẮT Đồ án “Thiết kế hệ thống thực dựa cơng iều khiển v giám sát mơ hình cẩu trục dầm ôi” ƣợc nghệ phần cứng v phần mềm hãng Rockwell Automation Sau trình nghiên cứu tìm hiểu nhƣ thiết lập cấu hình cho phần cứng v phần mềm, sinh viên ã ho n th nh mơ hình cẩu trục dầm iều khiển, giám sát nhiều chế ộ Đề t i ã ƣợc mở rộng phần mềm hãng Rockwell Automation ể lƣu trữ liệu, xuất báo cáo ịnh kỳ theo ng y, theo tháng v MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .i PHI U NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN ii PHI U NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN .iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT v DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ xi DANH SÁCH BẢNG BIỂU xv Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu tình hình nghiên cứu .1 1.2 Tính cấp thiết ề tài 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu .2 1.5 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 1.5.1 Phần cứng 1.5.2 Phần mềm 1.6 Phƣơng pháp nghiên cứu .3 1.7 Bố cục án Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUY T 2.1 Giới thiệu chung cẩu trục 2.1.1 Khái niệm 2.1.2 Phân loại .4 2.1.2.1 Theo công dụng .4 2.1.2.2 Theo cách dẫn ộng 2.1.2.3 Theo kiểu dáng kết cấu dầm 2.1.2.4 Theo cách tựa dầm cầu lên ƣờng ray di chuyển cẩu trục 2.1.2.5 Theo cách bố trí cấu di chuyển cẩu trục 2.1.2.6 Theo phạm vi phục vụ .8 vi 2.1.3 Các cấu cẩu trục .8 2.1.3.1 Pa lăng nâng hạ (Hoist) 2.1.3.2 Dầm cẩu trục (Main girder) 10 2.1.3.3 Cơ cấu di chuyển cẩu trục (dầm biên) (End carriage) 10 2.1.3.4 Hệ thống cấp iện (Electrical component) 11 2.1.3.5 Tủ iện cẩu trục v thiết bị an to n khác (Electric panel and other safety device) 11 2.1.4 Phƣơng pháp iều khiển cẩu trục 11 2.1.4.1 Điều khiển cẩu trục tay bấm có dây (Push pendant button) 11 2.1.4.2 Điều khiển cẩu trục từ cabin (Cabinet Control) 11 2.1.4.3 Điều khiển cẩu trục tay cầm iều khiển từ xa (Radio remote control) 11 2.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt ộng cẩu trục dầm ôi 14 2.2.1 Cấu tạo 14 2.2.2 Nguyên lý hoạt ộng 15 2.2.3 Một số thơng số 15 2.2.4 Ƣu v nhƣợc iểm cẩu trục dầm ôi 16 2.2.5 Ứng dụng 16 Chƣơng 3: THI T K PHẦN CỨNG 17 3.1 Tổng quan phần cứng 17 3.1.1 Biến tần 17 3.1.1.1 Khái niệm biến tần 17 3.1.1.2 Cấu tạo biến tần 17 3.1.1.2.1 Bộ chỉnh lƣu 18 3.1.1.2.2 Tuyến dẫn chiều 18 3.1.1.2.3 IGBT 19 3.1.1.2.4 Bộ iện kháng xoay chiều 20 3.1.1.2.5 Bộ iện kháng chiều 20 3.1.1.2.6 Điện trở hãm 21 3.1.1.3 Nguyên lý hoạt ộng biến tần 22 3.1.1.4 Lợi ích việc sử dụng biến tần 23 vii Đồ án tốt nghiệp Hình 4.32 Truy cập thơng tin Trend v 4.7 Cấu hình cho Stratix 5700 báo cáo Excel ã tạo Wed Để cấu hình cho Stratix 5700, ầu tiên cần phải truy cập v o l ịa IP Switch 192.168.20.2, với t i khoản l admin, mật l 5700 Hình 4.33 Đăng nhập v o Main Stratix Switch Sau ó v o phần Configure cầu sử dụng sau:   Smartports ể tiến h nh thiết lập Ports theo nhu Port : Truyền nhận liệu từ Controller 1756-L73  Port : Truyền thông với bi  Port : Truyền thông với bi  Port : Truyền thông với bi Đồ án tốt nghiệp  Port : Truyền thơng với m n hình HMI  Port Gi 1/1 : Liên kết mở rộng cho Router v o hệ thống  Port Gi ½ : Truyền thơng với máy tính giám sát SCADA Hình 4.34 Thiết lập Port cho Main Stratix Switch 4.8 Tính tự động cấu hình (ADC) biến tần PorwerFlex Automatic Device Configuration (ADC) l tính biến tần PowerFlex 525 PowerFlex 755 cho phép Controller tự ộng thực cấu hình biến tần thay Điều n y hữu ích thay biến tần bị cố ể ƣa hệ thống trở lại hoạt ộng nhanh chóng to n cơng việc cấu hình ƣợc thực tự ộng, khơng cần phải nhập thơng số cấu hình hay download lại cấu hình cũ từ máy tính… Kỹ sƣ bảo trì thực thao tác biến tần cũ v thay Hệ thống tự ộng thực công việc sau: - Ethernet Switch (Managed Switch) với chức DHCP Server cấp cho biến tần ịa IP giống nhƣ biến tần cũ - Controller (1756-L73) thực cập nhật Firmware cho biến tần giống nhƣ phiên ƣợc c i ặt trƣớc - Controller thực Download to n thông số biến tần cũ ƣợc lƣu trƣớc ó v o biến tần 78 Đồ án tốt nghiệp Các bƣớc cấu hình chức ADC ƣợc thực nhƣ sau: - Đầu tiên cần cấu hình chức DHCP cho Stratix 5700:   Truy cập v o Configure DHCP ể i v o trang Global Setting, tiến h nh tạo DHCP Pool Table nhƣ hình bên dƣới: Hình 4.35 Cấu hình DHCP cho Stratix 5700  Sau ó di chuyển qua trang DHCP Persistence, phần Pool Name chọn Auto_config_Drive ã tạo bƣớc Sau ó, thiết lập ịa IP biến tần kết nối v o Port ó:  hình Hình 4.36 Thiết lập DHCP Persistence cho Stratix 5700 Đến ây, phần cấu hình DHCP Stratix 5700 ã xong Tiếp tục cấu chức ADC phần mềm Studio 5000 V o phần Drive biến tần, sau ó kích hoạt tính ADC: 79 Đồ án tốt nghiệp  Hình 4.37 Kích hoạt chức ADC cho biến tần Sau ó, chuyển Controller sang chế ộ Program Chọn Controller Properties vào Tab Nonvotalite Memory Đến ây thực Backup to n chƣơng trình, firmware Logix Controller v biến tần v o thẻ nhớ SD Controller  Chọn chế độ Enable and Store to Image ể kích hoạt việc lƣu trữ file chƣơng trình v o Controller Sau ó kích Store ể bắt ầu q trình lƣu trữ Hình 4.38 Kích hoạt lƣu trữ liệu v o Controller 80 Đồ án tốt nghiệp 4.9 Cấu hình biến tần PowerFlex 755 cho cấu nâng hạ Biến tần PowerFlex 755 iều khiển ộng nâng-hạ, ộng sinh viên sử dụng ề t i n y có cơng suất nhỏ v mơ hình cịn thiếu sót nhiều thiết bị nhƣ phanh iện, loadcell, iện trở xã nên ây sinh viên cấu hình số thơng số Đầu tiên cần xác ịnh thông số ộng nhƣ : - P25 Motor NP Volts = nhập v o iện áp motor - P26 Motor NP Amps = Nhập v o dòng iện motor - P27 Motor NP Hertz = Nhập vào tần số motor - P28 Motor NP RPM = Nhập vào tốc ộ motor - P29 Mtr NP Pwr Units = nhập v o ơn vị công suất KW HP ( Tùy theo thong số motor) - P30 Motor NP Power = Nhập vào giá trị công suất motor - P31 Motor NP poles = Nhập v o số cực motor - P35 Motor Ctrl Mode = Induction FV (Chọn FV: Flux Vector) - P37 Maximum Freq = Nhập v o tần số bảng thông số motor - P621 Slip RPM @FLA = Tốc ộ ồng - Tốc ộ bảng thông số motor - P306 Duty rating = heavy duty(tải nặng) - P71 Autotune Torque = 100% - P1100 = bit TP enable(TorqueProve enable) = bit encoderless = bit BrkSlipEncls 4.10 Cấu hình biến tần PowerFlex 525 cho biến tần Traverse và biến tần Travel 4.10.1 Cấu hình thơng số Thơng số P031[Motor NP Volts] P032[Motor NP Hertz] P033[Motor OL Current] P034[Motor NP FLA] P035[Motor NP Poles] P036[Motor NP RPM] P037[Motor NP power] P039[Torque Perf mode]= V/Hz P040[autotune]= statictune P041[Accel Time1] P042[Decel time 1] 81 Đồ án tốt nghiệp P043[Minimun Freg] P044[Maximum Freg] P046[Start Source],p048,p050 P047[Speed p049,p051 A437[DB Resistor Sel] A410[Preset Freg0]….A425 T062[Digln TemBlk]….T068 4.10.2 Cân chỉnh tự động Autotunning l chức tự ộng thu thập thông số ộng nhƣ dòng iện, iện áp, iện trở stator, iện trở rotor, iện kháng stator, iện kháng rotor ộng biến tần v xuất moment phù hợp Với chức n y giúp iều khiển ộng tốt hơn, phù hợp với loại tải yêu cầu moment ổn ịnh - Thiết lập P40 = - Kích hoạt lệnh khởi ộng biến tần - Chờ ợi ến hồn tất cân chỉnh thơng số P40 82 Đồ án tốt nghiệp Chƣơng 5: KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT 5.1 Kết 5.1.1 Phần cứng Một số hình ảnh mơ hình cẩu trục thực tế: Hình 5.1 Mơ hình cẩu trục dầm 83 Đồ án tốt nghiệp Hình 5.2 Panel bố trí v ấu nối thiết bị Hình 5.2 l giao diện panel bố trí thiết bị sử dụng hệ thống Vì số lƣợng thiết bị nhiều nên sinh viên ã tận dụng mặt mơ hình cẩu trục ể bố trí v ấu nối thiết bị Hình 5.3 Màn hình HMI PanelView Plus 1000 84 Đồ án tốt nghiệp Hình 5.4 Tay cầm iều khiển cẩu trục Khi PLC thiết bị truyền thơng gặp cố ó cẩu trục ƣợc iều khiển qua tay bấm iều khiển có nút nhấn với chức nhƣ:  nút nhấn dùng  nút nhấn dùng  nút nhấn UP/DOWN ể nâng/hạ vật  Switch ể chuyển qua lại chế ộ AUTO/MANUAL  Swich ể chuyển qua lại chế ộ REMOTE/LOCAL 5.1.2 Phần mềm Kết thi cơng chƣơng trình iều khiển v giám sát phần mềm Factorytalk View SE: Hình 5.5 trang giám sát tổng quan hệ thống Ở trang n y l trang thông tin ể giám sát hệ thống, bao gồm thông số kỹ thuật cẩu trục v thông số hoạt ộng biến tần 85 Đồ án tốt nghiệp Hình 5.5 Trang hiển thị tổng quan SCADA Hình 5.6 l trang iều khiển trung tâm SCADA Ở trang n y, ngƣời dùng iều khiển hoạt ộng cẩu trục v thiết lập thông số biến tần nhƣ thời gian tăng tốc, thời gian giảm tốc, vận tốc Xem thông số hoạt ộng dƣới dạng Trend Hình 5.6 Trang iều khiển trung tâm SCADA 86 Đồ án tốt nghiệp Hình 5.7 l trang chuẩn ốn tình trang hoạt ộng hệ thống Bao gồm chuẩn ốn truyền thơng thiết bị, controllogix 1756-L73, Stratix 5700… Hình 5.7 Trang chuẩn ốn trạng thái hoạt ộng SCADA Hình 5.8 l giao diện chuẩn ốn tình trạng truyền thơng thiết bị sử dụng phần mềm Factorytalk Viewpoint Ở trang n y, ngƣời dùng giám sát truyền thông thiết bị tảng wed thơng qua Internet explorer, iện thoại… Hình 5.8 Chuẩn ốn hệ thống thơng qua Internet Explorer, iện thoại Hình 5.9 l giao diện cảnh báo biến tần bị lỗi truyền thông Ethernet thiết bị kết nối 87 Đồ án tốt nghiệp Hình 5.9 Giao diện cảnh báo Alarm SCADA 5.2 Nhận xét kết Mơ hình cẩu trục dầm hoạt ộng úng u cầu Tuy nhiên, hệ thống số khiếm khuyết nhƣ biến tần báo lỗi lúc hoạt ộng Nguyên nhân: Khi thời gian tăng tốc giảm tốc biến tần ngắn biến tần hãm ƣợc ộng theo thời gian ã c i ặt sẵn, iện áp Bus DC cao mức cho phép Khi tải có qn tính cao dừng ộng biến th nh máy phát iện hồi tiếp biến tần sau i qua khối công suất ƣợc chỉnh lƣu th nh nguồn DC dẫn tới iện áp bus DC tăng ó biến tần báo lỗi treo Khắc phục: gắn thêm iện trở xã cho biến tần nâng-hạ 88 Đồ án tốt nghiệp Chƣơng 6: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Kết luận Sau thời gian nghiên cứu v hệ thống giám sát v l m việc, sinh viên ã thi công ho n chỉnh, xây dựng iều khiển cho mô hình cẩu trục dầm Th nh m sinh viên ã ạt ƣợc mơ hình l : Mơ hình hoạt ộng hai chế ộ l Auto (hệ thống ƣợc iều khiển từ PLC) vManual(hệ thống ƣợc iều khiển qua tay cầm) Mơ hình iều khiển v giám sát trực tiếp qua m n hình HMI, giao diện SCADA máy tính Chuẩn ốn ƣợc tình trạng truyền thơng thiết bị thơng qua Internet explorer, iện thoại, Lƣu trữ liệu thông số hoạt ộng biến tần nhƣ: tần số, vận tốc, DC Bus volts v xuất báo cáo dƣới dạng file pdf 6.2 Hƣớng phát triển Cơ cấu nâng- hạ cần ƣợc gắn thêm loadcell ể giới hạn trọng lƣợng nâng v cảnh báo hệ thống giám sát trọng lƣơng nâng vƣợt mức cho phép Gắn thêm iện trở xã cho biến tần nâng-hạ Lƣu trữ liệu Alarm v xuất báo cáo Alarm thông qua phần mềm Factorytalk Historian Factorytalk VantagePoint 89 Đồ án tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt: [1] Trần Văn Lợi, “Kỹ Thuật Lập Trình PLC”, NXB ĐH Quốc Gia Tp.HCM, 2015 [2] Lê Văn Bạn, “Giáo Trình PLC”, NXB ĐH Quốc Gia, 2014 [3] PowerFlex 520-Series AC Drive Catalog [4] PowerFlex 750-Series AC Drivers Catalog [5] PanelView Plus Terminals manual [6] Processbook user guide Factorytalk Historian [7] Factorytalk Vantagepoint manual [8] Factorytalk Viewpoint manual [9] http://www.rockwellautomation.com/ [10] https://jap.vn/ 90 ... HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ Hình 2.1 Cẩu trục dầm ơn Hình 2.2 Cẩu trục dầm ôi Hình 2.3 Cẩu trục dạng giàn không gian Hình 2.4 Cẩu trục tƣờng Hình 2.5 Cẩu trục dầm. .. Chí Minh, tháng năm 2017 TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƢỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT MƠ HÌNH CẨU TRỤC DẦM ĐƠI SVTH:... THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƢỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT MƠ HÌNH CẨU TRỤC DẦM ĐƠI SVTH: Nguyễn Ngọc Sơn MSSV: 12141455 Khoá : 2012 Ngành: