TÓM TẮT LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT HỆ TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ XOAY CHIỀU BA PHA Ở PHÒNG THÍ NGHIỆM KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ ĐỂ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG CHO CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG TRONG NHÀ MÁY SẢN XUẤT XI MĂNG

HOÀNG THỊ NGA NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT HỆ TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN - ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ XOAY CHIỀU BA PHA Ở PHÒNG THÍ NGHIỆM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỂ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG CHO CÂN BĂNG Đ

HOÀNG THỊ NGA

NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT HỆ TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN - ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ XOAY CHIỀU BA PHA Ở PHÒNG THÍ NGHIỆM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỂ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG CHO CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG TRONG NHÀ

MÁY SẢN XUẤT XI MĂNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

Mã số: 60520216

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Thái nguyên - 2014

Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Võ Quang Lạp

Phản biện 1: TS Nguyễn Duy Cương

Phản biện 2: TS Nguyễn Văn Vỵ

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ họp tại: Trường Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên

Vào hồi 07 giờ 30 phút, ngày 20 tháng 04 năm 2014

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

MỞ ĐẦU

1 Mục tiêu luận văn

Trong nhà máy sản xuất xi măng, cân băng định lượng có một vị trí rất quan trọng, nó giúp cho việc cân các nguyên liệu để đảm bảo cho mác xi măng được chính xác Vì vậy bản luận văn đã tìm hiểu nghiên cứu các yêu cầu về hệ điều khiển chuyển động cho cân băng định lượng Dựa trên các phương án xây dựng hệ điều khiển chuyển động cho cân băng định lượng có trong nhà máy, phương án này phù hợp với hệ truyền động biến tần-động cơ điện xoay chiều ba pha điều khiển bằng PLC S7-300 có ở phòng thí nghiệm trong nhà trường Vì

vậy đề tài được chọn “Nghiên cứu khảo sát hệ truyền động biến

tần-động cơ điện không đồng bộ xoay chiều ba pha ở phòng thí nghiệm khoa Điện-Điện tử để điều khiển truyền động cho cân băng định lượng trong nhà máy sản xuất xi măng” Kết quả của

bản luận văn này giúp cho nghiên cứu hệ truyền động mới, có ý nghĩa ứng dụng trong thực tế sản xuất

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Tìm hiểu tổng quan về dây chuyền sản xuất xi măng trong đó nghiên cứu kỹ các yêu cầu điều khiển chuyển động của cân băng định lượng và các phương án truyền động cho cân băng định lượng

có trong nhà máy để từ đó giúp cho việc chọn phương án thích hợp

- Dựa trên phương án đã chọn kết hợp với sơ đồ hệ thống truyền động biến tần-động cơ điện không đồng bộ xoay chiều ba pha ở phòng thí nghiệm tiến hành tính toán, khảo sát, mô phỏng để đánh giá chất lượng hệ truyền động này làm cơ sở so sánh với phần thực nghiệm

- Tiến hành thí nghiệm thành công, cụ thể là: Nắm được nghiên

lý các bài thí nghiệm, thí nghiệm với các chế độ làm việc khác nhau Kết quả của thí nghiệm so sánh với lý thuyết giúp cho việc khẳng định thích hợp hệ điều khiển chuyển động cân băng định lượng

3 Nội dung luận văn

Chương 1: Tổng quan về dây chuyền sản xuất xi măng

Chương 2: Khảo sát tính toán hệ truyền động cho cân băng định

lượng

Chương 3: Nghiên cứu thí nghiệm hệ truyền động cân băng định

lượng tại phòng thí nghiệm Khoa Điện – Điện tử trường Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên

Kết luận và kiến nghị

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT XI MĂNG 1.1 Sơ đồ khối công nghệ sản xuất xi măng lò quay

Hình 1.1 Sơ đồ khối công nghệ sản xuất xi măng lò quay

Đá vôi Máy đập Kho chứa

Kho chứa nguyên liệu tổng hợp

Cân

Nghiền và sấy nguyên liệu thô

Si lô chứa và cấp nguyên liệu thô

Máy đóng bao Xuất bao

xi măng

1.2 Các công đoạn chính trong nhà máy sản xuất xi măng

1.2.1 Đập đá vôi và kho chứa nguyên liệu thô

+ Đập đá vôi (hình 1.2)

+ Kho chứa đá vôi (hình 1.3)

+ Kho chứa đá sét (hình 1.4)

+ Kho chứa nguyên liệu tổng hợp (hình 1.5)

1.2.2 Cân phối liệu và nghiền nguyên liệu

1.2.3 Lò và lọc bụi

+ Chứa liệu và cấp liệu thô cho lò (hình 1.8)

+ Tháp tiền nung và lò nung (hình 1.8)

- Silô chứa xi măng (hình 1.13)

1.2.7 Đóng bao và xuất xi măng

- Xuất xi măng rời (hình 1.14)

- Cấp liệu cho các máy đóng bao (hình 1.15)

- Máy đóng bao (hình 1.16)

- Xuất xi măng (hình 1.17)

- Philo sophy of the system (hình 1.18)

1.3 Hệ thống cân băng định lượng trong nhà máy sản xuất xi măng

1.3.1 Nhiệm vụ của cân băng định lượng

Hệ thống cân băng định lượng là hệ thống quan trọng trong dây chuyền sản xuất của nhà máy xi măng Độ chính xác của hệ thống này đóng vai trò quyết định đến chất lượng sản phẩm

Việc các cấp nguyên liệu theo tỷ lệ cài đặt nhằm mục đích có thể sản xuất ra các mác xi măng khác nhau theo bộ tiêu chuẩn Việt Nam

về hàm lượng phối trộn các nguyên liệu thành phần như clinke, đá vôi, thạch cao,…

1.3.2 Các phương pháp cân:

a) Cân cấp liệu tĩnh: Là cân trong quá trình liệu đứng yên Cân tĩnh

phù hợp với quá trình sản xuất thô sơ gián đoạn

b) Cân cấp liệu động: Năng suất đòi hỏi tăng tối đa, phối liệu chính

xác vì vậy mà cân động ra đời, cân khi liệu đang động

1.3.3 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của cân băng định lượng

1.3.3.1 Cấu tạo

Hình 1.19: Sơ đồ cấu tạo cân băng định lượng

Trong đó: m là khối lượng liệu (kg), v là vận tốc băng tải (m/s), t là thời gian đặt (ms)

+ Đo theo khối lượng: Q = m.v (kg/s)

Trong đó: m là khối lượng tải theo chiều dài (kg/m), v là vận tốc băng tải (m/s) Trong đó: m = S  (kg/m)

 - khối lượng riêng của vật liệu (kg/m3)

S - tiết diện cắt ngang của vật liệu trên băng (m2)

1.3.3.3 Điều chỉnh cấp liệu của cân băng:

- Phương pháp 1: Điều chỉnh cấp liệu kiểu trôi

- Phương pháp 2: Điều chỉnh cấp liệu liên tục

- Phương pháp 3: Điều chỉnh mức vật liệu trong ngăn xếp

1.3.4 Hệ truyền động cân băng định lượng

1.3.4.1 Yêu cầu đối với hệ truyền động điện:

- Khởi động đầy tải trên băng, điều trỉnh trơn   1

- Đảm bảo độ bền vật lý đối với các thiết bị

1.3.4.2 Yêu cầu đối với hệ thống điều khiển

Hệ thống cân băng định lượng là hệ thống điều khiển tự động với

sự tham gia điều khiển của máy tính

Hình 1.20 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển bằng PC

1.3.4.3 Sơ đồ khối và nguyên lí hoạt động của hệ thống điều khiển

tự động

* Khối 1: Đầu đo khối lượng

* Khối 2: Khối khuếch đại

- động cơ điện có dùng máy tính để điều khiển và giám sát hệ thống

là hệ truyền động tối ưu nhất vì vậy trong chương tiếp theo sẽ nghiên cứu khảo sát, tính toán hệ thống Biến tần – Động cơ điện không đồng bộ xoay chiều 3 pha với việc ứng dụng PLC – S7 300 sẽ đáp ứng được yêu cầu truyền động này

Hình 1.21 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển tự động

cân băng định lượng

Chương 2 KHẢO SÁT TÍNH TOÁN HỆ TRUYỀN ĐỘNG

CHO CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG 2.1 Sơ đồ khối hệ thống Biến tần – Động cơ điện xoay chiều ba

pha

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống PLC – Biến tần – Động cơ

2.2 Quy đổi đại lượng điện của động cơ không đồng bộ (KĐB) từ

hệ tọa độ vectơ không gian (a,b,c) về hệ tọa độ cố định trên stato

ii

i 3/22/1 0

6/16/13/2i

i

Ma trận biến đổi ngược:

C1 T =

/1

2/16/1

03

/2

PID (S7-300)

U

V

W

Biến tần M420

2.3 Quy đổi đại lượng điện của động cơ từ hệ tọa độ cố định trên stato (,) về hệ tọa độ tựa theo từ thông rôto (d,q)

Các vectơ điện áp được quy đổi theo các biến i1d, i1q, 2d, 2q

s m

2 s 2 m

2

r r

1 n n n 1

r 1 2

r n

1 n

n

pT1LL

0

TpT

10L

T

kk

pLRL

kT

kL

pLR

d

ii

2.4 Sự biến đổi năng lượng và mômen điện từ

Mô men điện từ của động cơ:

M =

2

mL

L

(i1q 2d – i1d 2q) = kr (i1q 2d – i1d 2q) Biểu thức trên cho phép ta tính toán mômen theo từ thông rôto và dòng điện stato

2.5 Cơ sở định hướng từ thông trong hệ toạ độ tựa theo từ thông rôto (d,q)

Mômen điện từ khi đó là:

1

(2q - Lm.i1q) = - kr.i1q Vectơ dòng điện stato được xác định như sau:

i1d =

2 3

.I0m = 3.I0 và i1q = 3.T2.I0 s

2.6 Xây dựng sơ đồ cấu trúc hệ truyền động điện điều khiển vectơ biến tần

Từ sơ đồ hình 2.4 ta xây dựng sơ đồ cấu trúc hệ truyền động điện điều khiển vectơ biến tần - động cơ KĐB (hình 2.5)

Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển vectơ động cơ

không đồng bộ bằng thiết bị biến tần

-=

3~

Biến tần

Encorde r

ĐC KĐB

Hình 2.5 Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động điện

sử dụng biến tần và động cơ không đồng bộ

u u

 t

0

C

K r Jp

di

WL

) p (

u u

Hình 2.7 Sơ đồ cấu trúc rút gọn hệ thống điện sử dụng biến tần

và động cơ không đồng bộ

Hình 2.8: Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều khiển số

biến tần và động cơ điện xoay chiều

i i

WKi(Z)= D3Z

3 + D2Z2 + D1Z + D0

E3.Z3 + E2.Z2 + E1.Z + E0

Ta có phương trình đặc tính:

E3Z3 + E2Z2 + E1Z + E0 = 0 Đổi biến Z = V + 1

Q0= 74.946; Q1= 22.7266; R0= 1.9717; R1= 0.1046; S0 = 0.0094

2.8 Khảo sát chất lượng hệ thống bằng phần mềm Matlab

Simulink

2.8.1 Khảo sát chất lượng mạch vòng dòng điện

a) Chuyển đổi hàm số truyền mạch vòng dòng điện sang hàm số truyền theo Z

Hình 2.9 Sơ đồ mô phỏng mạch vòng dòng điện số

trên Matlab simulink b) Sử dụng phần mềm MATLAB SIMULINK mô phỏng hệ thống

Hình 2.10a : Đáp ứng dòng điện với kp= 0.25; ki = 42 ;

T = 0,5Tu= 0,002

WHi(Z)

Ri(Z)

b) Sử dụng phần mềm Matlab simulink mô phỏng hệ thống

Sau khi thay các thông số đã tính toán tiến hành, sử dụng phần mềm Matlab simulink mô phỏng hệ thống ta được kết quả mô phỏng hình 2.12

Hình 2.12a: Đáp ứng tốc độ với; kp=0.25; ki = 42; k =0.0006; T = 0,5 Tu = 0,00165

Hình 2.12b: Đáp ứng tốc độ với T= 0.002;kp= 0.25; ki = 50;

k = 0.00058

Kết quả mô phỏng đạt các yêu cầu của hệ thống :

+ Độ quá điều chỉnh d % < 26 % + tqđ = 0.6 s

+ Sai lệch tĩnh = 0 %

Chương 3

NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM HỆ TRUYỀN ĐỘNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG TẠI PHÒNG THÍ NGHIỆM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT THÁI NGUYÊN

3.1 Quá trình thí nghiệm

3.1.1 Giới thiệu bài thí nghiệm

Hình 3.1 Hệ thống điều khiển Hình 3.2 Sơ đồ khối hệ thống kết nối với WinCC biến tần – động cơ xoay chiều

3.1.2 Nguyên lý làm việc

Với sơ đồ khối của thiết bị thí nghiệm trong đó Động cơ - Biến tần - Encoder – PLC S7-300, ta sẽ đặt được bộ điều khiển P hoặc PI trong mạch vòng phản hồi âm tốc độ Từ đó với những lượng đặt đầu vào đưa vào chương trình máy tính thì chúng ta nhận được

khác nhau ta nhận được tốc độ đặt khác nhau thông qua màn hình của máy tính ta nhận được những đường cong quá độ tín hiệu điều khiển biến tần, tốc độ động cơ

3.2 Kết quả thí nghiệm

3.2.1 Thí nghiệm với bộ điều khiển P trong S7-300

Sai lệch tĩnh 0,5% ; Thời gian quá độ 0,5s

3.2.2 Thí nghiệm với bộ điều khiển PI trong S7-300

Sai lệch tĩnh: 0.1% ; Thời gian quá độ: 5s

* Nhận xét:

Với kết quả của thí nghiệm cũng như tính toán về lý thuyết cho thấy có thể ứng dụng hệ truyền động Biến tần – Động cơ điện không đồng bộ xoay chiều 3 pha của phòng thí nghiệm để điều khiển chuyển động cho cân băng định lượng trong nhà máy sản xuất xi măng Thực tế trong nhà máy xi măng Hoàng Mai người ta sử dụng

hệ thống truyền động tương tự như ở phòng thí nghiệm là Biến tần–Động cơ điện không đồng bộ xoay chiều 3 pha dùng máy tính để điều khiển và giám sát hệ thống này

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ:

1 Kết luận:

Nội dung cơ bản trong luận văn tập trung vào nghiên cứu và khảo sát hệ truyền động Biến tần – Động cơ điện không đồng bộ xoay chiều ba pha tại phòng thí nghiệm Khoa Điện - Điện Tử trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên - Đại học Thái Nguyên

để ứng dụng vào nhà máy sản xuất xi măng Hoàng Mai

Kết quả của luận văn đã đạt được là:

+ Nghiên cứu khảo sát hệ truyền động Biến tần – Động cơ điện không đồng bộ xoay chiều 3 pha với sự điều khiển dùng PLC - S7

300 đồng thời đã thí nghiệm thành công hệ truyền động ở phòng thí nghiệm

+ Từ kết quả khảo sát tính toán, kiểm nghiệm hệ truyền động động Biến tần – Động cơ điện không đồng bộ xoay chiều 3 pha của phòng thí nghiệm đề xuất ứng dụng vào điều khiển truyền động cân băng định lượng của nhà máy sản xuất xi măng Hoàng Mai

+ Đã khảo sát tìm hiểu dây chuyền sản xuất xi măng trong đó có việc sử dụng cân băng định lượng Vì vậy giúp cho việc đề xuất ứng dụng hệ truyền động Biến tần – Động cơ điện không đồng bộ xoay chiều 3 pha kết hợp với PLC – S7 300 cho điều khiển cân băng định lượng và có thể thay thế hệ thống truyền động phòng thí nghiệm cho hệ thống truyền động cân băng định lượng ở nhà máy

2 Kiến nghị:

Tuy luận văn đã quan tâm đến phần thí nghiệm xong ứng dụng

hệ truyền động này để điều khiển cân băng định lượng chưa được thực hiện trong thực tế Vì vậy trong thời gian sắp tới tác giả sẽ tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện hơn để áp dụng kết quả của luận văn vào thực tế sản xuất