Đồ án môn học điều khiển tự động hóa hệ thống điện công nghiệp thiết kế băng tải

TS Trương Việt Anh Nhóm sinh viên thực hiện:... TS Trương Việt Anh... Xin chân thành cảm ơn... Hoạt động theo nguyên tắc vận chuyển nguyên vật liệu liên tục... Bỏ qua ma

Trang 1

♦♦♦

-Đồ án môn học

Môn học: Điều khiển tự động hóa hệ thống điện công nghiệp

GVHD: PGS TS Trương Việt Anh

Nhóm sinh viên thực hiện:

Trang 2

………

Ký tên

PGS TS Trương Việt Anh

Trang 3

1.1 Băng tải công nghiệp 1

1.2 Cấu tạo 1

1.3 Phân loại 2

1.4 Ứng dụng 7

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG BĂNG TẢI 8

2.1 Mô hình băng tải thiết kế 8

2.2 Tính toán công suất tải trên trục động cơ 9

2.1.1 Tính toán các hệ số trong hệ thống 9

2.1.2 Tính toán công suất ở đầu động cơ với các mức công suất khác nhau 10

2.3 Tính chọn công suất động cơ và biến tần 10

2.3.1 Tính chọn công suất động cơ 10

2.3.2 Tính chọn công suất biến tần 12

2.4 Lựa chọn động cơ và biến tần trong thực tế 12

CHƯƠNG 3 BIẾN TẦN IG5A 16

3.1 Cấu tạo và chức năng biến tần IG5A 16

3.2 Thông số hoạt động 17

3.3 Sơ đồ dây 18

3.4 Điều khiển PID 21

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG VÀ BỐ TRÍ HỆ THỐNG ĐIỆN. 24

4.1 Thiết kế hệ thống điều khiển 24

4.2 Bố trí hệ thống điện – điều khiển cho băng tải 25

CHƯƠNG 5 MÔ HÌNH HÓA VÀ ĐIỀU KHIỂN BĂNG TẢI TRÊN PHẦN MỀM MATLAB/SIMULINK 27

4.1 Mô hình điều khiển băng tải trong phần mềm Matlab/Simulink 27

4.2 Mô phỏng quá trình điều khiển và đánh giá kết quả 31

4.2.1 Thiết lập thông số các khối 31

4.2.2 Kết quả mô phỏng 34

4.2.3 Nhận xét về kết quả 39

Trang 4

TỔNG KẾT 32 TÀI LIỆU THAM KHẢO

Trang 5

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, điều khiển tự động đang là nhu cầu cấp thiết và tất yếu của mọi hoạt động sản xuất công nghiệp Từ lớn đến nhỏ, các hoạt động sản xuất công nghiệp đều đang chuyển sang điều khiển tự động Tự động hóa đang mở ra một cuộc cách mạng mới trong mọi lĩnh vực và mang lại hiệu quả sản xuất cao hơn chưa từng có trong lịch sử Trong các máy tự động được sử dụng phổ biến hoặc có thể nói là không thể thiếu trong các dây chuyền sản xuất

công nghiệp không thể không kể đến băng tải Nó là thiết bị vận chuyển sản phẩm một cách tự

động theo thiết kế của dây chuyền sản xuất trên một khoảng cách nhất định, tạo nên sự khép kín cho dây chuyền Sự hoạt động đúng đắn (về tốc độ và thời gian hoạt động) của băng tải sẽ ảnh hưởng lớn đến toàn bộ dây chuyền và chất lượng sản phẩm làm ra Vì vậy, điều khiển hoạt động băng tải theo đúng yêu cầu được thiết kế là rất quan trọng

Từ những nhu cầu trên, kết hợp với những kiến thức đã được học Nhóm xin phép chọn đề tài thiết kế băng tải làm đề tài cho đồ án môn học điều khiển tự động hóa trong hệ thống điện công nghiệp Với việc chọn và thực hiện đề tài, nhóm mong muốn có được những kiến thức và kỹ thuật cần thiết trong việc thiết kế và điều khiển một hệ thống băng tải công nghiệp Điều này sẽ giúp ích rất nhiều cho cơ hội nghề nghiệp trong tương lai của các thành viên trong nhóm Vì thời gian có hạn và sự khó khăn trong giai đoạn dịch bệnh đang diễn ra vô cùng khó lường và phức tạp Nên sản phẩm rất có thể sẽ có nhiều sai sót hoặc có những điểm chưa thật sự hợp lý so với thực tế, nhóm rất mong nhận được sự nhận xét góp ý của thầy để nhóm có được những kiến thức quan trọng phục vụ công việc mai sau của nhóm Xin chân thành cảm ơn.

Trang 6

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ BĂNG TẢI CÔNG NGHIỆP 1.1 Băng tải công nghiệp

Hệ Thống Băng Tải là một cụm thiết bị cơ khí dùng để di chuyển hàng hóa, vật liệu với khối lượng, trong lượng khác nhau từ điểm A đến Điểm B trên một đường dẫn xác định trước Hệ thống băng tải cho phép vận chuyển nhanh chóng, chính xác và hiệu quả đối với nhiều loại vật liệu Bên cạnh đó là sản xuất, băng chuyền giảm nguy cơ chấn thương, gây mất an toàn lao động và các yếu tố phát sinh liên quan đến tính mạng con người.

Việc sử dụng băng tải công nghiệp khác nhau tùy theo vị trí, loại sản phẩm cần được di chuyển, khoảng cách mà đối tượng sẽ được di chuyển Tiêu chuẩn cho băng tải được đo lường và xác định bởi tải trọng tối đa, trọng lượng của sản phẩm, số lượng các mảnh trên một đơn vị thời gian, tải trọng, tốc độ và dòng chảy của vật liệu.

Hình 1.1 Băng tải chuyển hàng

1.2 Cấu tạo

Thành phần cấu tạo của băng tải gồm các bộ phận chính sau:

 Động cơ giảm tốc, bộ điều khiển kiểm soát tốc độ, biến tần, sensor, timer, cảm biến, PLC,

Trang 7

 Hệ thống khung băng tải thường được làm bằng nhôm định hình, thép sơn tĩnh điện hoặc Inox.( khung, chân, thành chắn)

 Hệ thống mặt băng tải: mặt belt hoặc con lăn,…

Hình 1.2 Cấu tạo của một băng tải

Ngoài ra còn có thêm một số bộ phận khác tuỳ thuộc vào ứng dụng của băng tải Tất cả các bộ phận đều được thiết kế hợp lý, khoa học, tối ưu để mang lại hiệu quả cao.

1.3 Phân loại

 Băng tải cao su:

Băng tải cao su là phần quan trọng và không thể thiếu trong hệ thống truyền tải, dùng để tải vật liệu tại các nhà máy, xí nghiệp, các công ty sản xuất gạch, ngói, xi măng, các điểm khai thác cát, sỏi, trong ngành sản xuất thép hay trong các nhà máy nhiệt điện, và đặc biệt nhiều ở ngành khai thác than, khoáng sản…

Trang 8

Hình 1.3 Băng tải cao su

 Băng tải con lăn:

Sử dụng chủ yếu cho công nghiệp thực phẩm, có nhiệm vụ vận chuyển các sản phẩm, giá đỡ thùng hàng Loại băng tải này được chia làm 4 loại khác nhau bao gồm: Băng tải con lăn nhựa, Băng tải con lăn thép mạ kẽm, Băng tải con lăn nhựa PVC, Băng tải con lăn truyền động cơ bằng motor

Hình 1.4 Băng tải con lăn

Trang 9

Các loại con lăn trên thị trường:

- Con lăn Inox

- Con lăn thép

- Con lăn nhựa

- Con lăn thép mạ kẽm

 Băng tải xích:

Thường được sử dụng phổ biến trong các ngành công nghiệp, nhất là ngành thực phẩm Với hệ thống băng tải này sẽ giúp truyền tải sản phẩm tươi sống hoạc đã chế biến một cách an toàn và vệ sinh Hơn thế nữa, băng tải xích cũng được sử dụng rộng rãi trong các khâu hoàn tất kim loại hoặc ngành công nghiệp phân phối, ngành ô tô.

Hình 1.5 Băng tải xích

 Băng tải xoắn ốc:

Được dùng chủ yếu trong công nghiệp thực phẩm và nước uống hay bao bì dược phẩm, … Hoạt động theo nguyên tắc vận chuyển nguyên vật liệu liên tục.

Trang 10

Hình 1.6 Băng tải xoắn ốc

 Băng tải linh hoạt:

Băng tải con lăn linh hoạt hay còn gọi là băng tải con lăn xếp dùng để chuyển thùng carton hoặc các sản phẩm dạng hộp có khả năng co dãn thay đổi chiểu dài giúp cho việc lưu giữ và vận hành rất nhanh chóng dễ dàng Băng tải có thể bẻ cong theo nhiều góc độ khác nhau , bánh

xe có khóa vững chắc giúp chúng ta có thể tạo được đường chuyển tải linh hoạt ở các bán kính cong khác nhau Băng tải con lăn xếp linh hoạt là một giải pháp đầu tư chi phí hiệu quả nhất không chỉ cho các trạm phân phối lớn mà còn cho các công ty vừa và nhỏ.

Hình 1.7 Băng tải linh hoạt

Trang 11

 Băng tải đứng:

Chuyển hàng hóa bằng thùng, can, chai, hộp, khay, mâm….lên cao thì ta phải dùng loại băng tải đứng.

Băng tải đứng bao gồm 1 trục thẳng đứng chính và các bàn tay, bàn đỡ chạy dọc theo trục thẳng đứng theo hình elip một cách tuần hoàn Hàng hóa sẽ được đưa lên các tầng cao hơn 1 cách dễ dàng và tuần hoàn Khác với các loại băng tải khác, băng tải đứng có thể tài được rất nhiều loại hàng với hình dạng khác nhau như thùng, can, chai, khay nhựa, mâm, khay gỗ, vỉ,

xô, bao ….Sản phẩm được vận chuyển theo phương thẳng đứng để sản phẩm không bị biến dạng trong quá trình tải Kết hợp với băng tải đứng thường là các băng tải ngang bằng con lăn, thích hợp cho viêc phân phối hàng tải qua từng các tầng lầu.

Hình 1.8 Băng tải đứng

Trang 12

 Băng tải rung:

Loại băng tải này khá phù hợp với môi trường khắc nghiệt, thường dùng cho ngành thực phẩm Băng tải rung sử dụng rộng rãi trong các ngành như khai thác mỏ, luyện kim, xây dựng, than, hóa chất, thực phẩm, dược phẩm và các các vật phẩm sử dụng trong ngành công nghiệp dạng bột, miếng

Băng tải rung được sử dụng rộng rãi trong các ngành như xây dựng, luyện kim, công nghiệp hóa chất, khai thác mỏ, máy móc, than, thuốc lá, thực phẩm, dược phẩm Sử dụng chủ yếu cho các vật liệu dạng bột, dạng hạt, dạng cục và hỗn hợp.

Hình 1.8 Băng tải rung

1.4 Ứng dụng

Với sự phát triển vượt bậc của khoa học kĩ thuật thì hệ thống băng tải được sử dụng hầu hết trong các dây chuyền sản xuất, các công trình thi công lớn và nhỏ Được ứng dụng trong tất cả các ngành nghề từ công nghiệp như ô tô, điện tử, chế tạo … cho đến sản xuất hóa chất, thực phẩm, dược phẩm, bao bì, in ấn….Hệ thống băng tải – băng chuyền có thể được lắp đặt bất cứ nơi nào, mọi địa hình, không những mang lại hiệu quả kinh tế cao nó còn giảm thiếu tai nạn trong lao động bảo đảm tính an toàn lao động cao.

Trang 13

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG BĂNG TẢI 2.1 Mô hình băng tải thiết kế.

Hình 2.1 Mô hình phác thảo thiết kế băng tải.

Các thông số của mô hình:

Trang 14

Vận tốc yêu cầu v 1 m/s Khối lượng dây đai m 10 kg Đường kính Rulo d 0.2 m Bề rộng băng tải l 0.8 m

2.2 Tính toán công suất tải trên trục động cơ

2.1.1 Tính toán các hệ số trong hệ thống.

Bảng 2.1 Hệ số ma sát Rulo và dây đai

Bảng trên đưa ra hệ số ma sát Rulo trên cơ sở điều kiện của rulo và vật liệu làm ra Pulley Tra bảng ta tìm được hệ số ma sát Rulo η1 = 0.3

Hệ số ma sát động cơ µ = 0.95 Hiệu suất truyền lực của hộp số η2 = 0.9 Vận tốc yêu cầu của băng tải V = 1 m/s Tải trọng khi băng tải kéo lên W = 460 kg (Gồm trọng tải định mức 450 + khối lượng dây đai

m = 10 kg ) Đường kính pully D = 0.2m Động cơ 4 cực có tốc độ quay định mức N = 1420 [vòng/ph]

Tốc độ Rulo n 1 = [vòng/s] = 96 [vòng/phút]

Chọn bộ truyền động xích kết nối hộp số và Rulo có tỉ số truyền 1:1 nên bỏ qua sự chênh lệch tốc độ và moment Bỏ qua ma sát trong truyền động xích.

Tỉ số truyền i hộp số = tốc độ pully / tốc độ động cơ =

Trang 15

=> Chọn tỉ số truyền hộp số i=15

2.1.2 Tính toán công suất ở đầu động cơ với các mức công suất khác nhau.

Công suất tải quy về đầu trục động cơ

2.3 Tính chọn công suất động cơ và biến tần

2.3.1 Tính chọn công suất động cơ

Đặc điểm động cơ băng tải:

+ Băng tải là thiết bị công nghiệp vận hành liên tục có chế độ làm việc là chế độ dài hạn.

Về mặt yêu cầu công nghệ băng tải không yêu cầu điều chỉnh tốc độ mà yêu cầu tốc độ ổn định trong mọi trọng lượng tải cho phép.

+ Hệ truyền động của băng tải cần đảm bảo khởi động đẩy tải Moment khởi động của động

cơ M kđ = (1.6 – 1.8) M đm + Nguồn điện cung cấp đảm bảo được nhu cầu cho phép của tải.

Phương pháp tính toán chọn động cơ:

+ Tính chọn công suất động cơ truyền động băng tải thường theo công suất cản tĩnh Không tính toán chế độ quá độ, không kiểm tra điều kiện phát nóng và quá tải Trong điều kiện làm việc nặng nề của thiết bị, cần kiểm tra theo điều kiện mở máy.

Trang 16

Sau đây là quá trình tính toán công suất động cơ theo điều kiện cản tĩnh

o Công suất P 1 để dịch chuyển vật liệu:

P 1 = F 1 v = 215.7 x 1 = 215.7 (W)

F 1 = L.∂.cosα.k 1 g: Lực dịch chuyển vật liệu

F 1 = 15.30.cos(12’).(0.05).(9.8) = 215.7 (N)

 Α: Góc nghiêng của băng tải

 L: Chiều dài của băng tải

 ∂: Khối lượng vật liệu trên 1 mét băng tải.

 k 1 : Hệ số tính đến lực cản khi dịch chuyển vật liệu k 1 = 0.05

 g: Gia tốc trọng trường.

o Công suất P 2 để khắc phục tổn thất do ma sát:

P 2 = F 2 v = 48.9 1 = 18.4 (W)

F 2 = 2L ∂ b cosα.k 2 g : Lực cản do mát sát sinh ra

F 2 = 2.15 0.34.cos(12’).0.2.(9.8) = 18.4 (N)

 k 2 : Hệ số tính đến lực cản khi không tải.

 ∂ b : Khối lượng băng tải trên 1 mét băng tải.

o Công suất P 3 để nâng tải

Trang 17

2.3.2 Tính chọn công suất biến tần.

Công suất biến tần được tính theo công thức:

= 2.14 (kW) Với K at là hệ số an toàn Trong thiết kế băng tải, hệ số an toàn được chọn phù hợp với nhu cầu là K at = 1.4

2.4 Lựa chọn động cơ và biến tần trong thực tế

 Chọn động cơ

Hình 2.3 Catalog động cơ KĐB 3 pha hãng Hitachi

Khi tính toán công suất tải quy về đầu trục động cơ, ta tính được P max (ứng với 100% công suất tải) là 1.3 kW.

Khi tính toán chọn công suất động cơ theo điều kiện cản tĩnh, ta tính ra công suất động cơ cần chọn ≥ 1.53 W Đã tính toán hiệu suất và dự trữ cho động cơ.

Trang 18

Từ hai kết quả trên, chọn động cơ không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc của hãng Hitachi Motor, công suất động cơ được chọn là 1.5 kW (2HP)

Những thông số chính của động cơ.

Thông số kỹ thuật của động cơ

Tỉ số dòng mở máy (Imm/I đm) 5.14

Tỉ số moment mở máy (Mmm/M đm) 2.25

Tỉ số Moment lớn nhất (Mmax/M đm) 2.5

Trang 19

Hình 2.4 Động cơ Hitachi không đồng bộ 3 pha công suất 2 HP(1.5 kW) Lý giải về động cơ được chọn:

Chọn động cơ không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc với công suất 2 HP và moment định mức 10.3 Nm là phù hợp với công suất yêu cầu của tải.

Động cơ 4 cặp cực có tốc độ tương đố thấp và moment cao hơn so với động cơ 2 cực Trong bài báo cáo này, động cơ 4 cực là lựa chọn tối ưu hơn Tối ưu về độ lợi công suất và tài chính.

 Chọn biến tần

Từ kết quả tính toán chọn biến tấn IG5A có công suất 2.2 kW (3HP) điện áp 400V

Trang 20

Hình 2.5 Catalog biến tần IG5A từ nhà sản xuất

Thông số kỹ thuật của biến tần được chọn

Tên sản phẩm Biến tần IG5A Điện áp ngõ vào 380 - 480 V Điện áp ngõ ra 380 - 480 V

Tần số định mức 50 - 60 Hz Phương pháp làm mát Không khí cưỡng bức

Trang 21

CHƯƠNG 3 BIẾN TẦN IG5A 3.1 Cấu tạo và chức năng biến tần IG5A

Bên dưới là bảng thông tin vắn tắt chức năng của biến rần IG5A, được lấy trực tiếp từ Catalog nhà sản xuất, bao gồm các chức năng: Điều khiển, hoạt động, bảo vệ và khả năng chịu đựng trong điều kiện môi trường.

Trang 22

Hình 3.1 Phím chức năng và công dụng

3.2 Thông số hoạt động.

Biến tần IG5A có 4 nhóm thông số hoạt động

Trang 23

Hình 3.2 Biến tần IG5A có 4 nhóm thông số hoạt động

- Drive Group: Các thông số cơ bản cần thiết để biến tần chạy Thông số chẳng hạn như Tần số mục tiêu, Accel / Decel time có thể cài đặt.

- FU Group 1: Các thông số chức năng cơ bản để điều chỉnh tần và điện áp đầu ra.

- FU Group 2: Các tham số chức năng nâng cao để đặt các tham số như Điều khiển PID và Vận hành động cơ thứ hai.

- I/O group: Các thông số cần thiết để tạo nên một chuỗi sử dụng thiết bị đầu cuối đầu vào /

ra đa chức năng.

3.3 Sơ đồ chân.

Tiêu đề	Thiết Kế Băng Tải
Tác giả	Lê An Toàn, Khải Uy, Đoàn
Người hướng dẫn	PGS. TS Trương Việt Anh
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Điều Khiển Tự Động Hóa Hệ Thống Điện Công Nghiệp
Thể loại	Đồ Án Môn Học
Năm xuất bản	2021
Thành phố	Tp Thủ Đức

Định dạng
Số trang	46
Dung lượng	3,14 MB