Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết Nối
Nghiên cứu ứng dụng PLC điều khiển hệ truyền động biến tần - động cơ trong công nghệ căn bằng định lượng
Tác giả : Nguyễn Quang Huy
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... x
1. Tính cấp thiết của đề tài .......................................................................................... x
2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................ x
3. Dự kiến các kết quả đạt được .................................................................................. x
4. Phương pháp và phương pháp luận ........................................................................xi
5. Cấu trúc của luận văn .............................................................................................xi
6. Kết luận và kiến nghị .............................................................................................xi
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG ............... 1
1.1. Lý thuyết chung về hệ thống cân băng định lượng. ............................................. 1
1.1.1. Đặt vấn đề ......................................................................................................... 1
1.1.2. Khái niệm .......................................................................................................... 2
1.1.3. Cấu tạo của cân băng định lượng ...................................................................... 2
1.1.4. Nguyên lý tính lưu lượng của cân băng định lượng .......................................... 3
1.1.4.1. Nguyên lý tính lưu lượng ........................................................................... 3
1.1.4.2. Đo trọng lượng liệu trên băng tải ............................................................... 4
1.1.5. Khái quát về điều chỉnh cấp liệu cho cân băng ................................................. 4
1.2. Cấu trúc hệ thống cân băng .................................................................................. 6
1.3. Hệ điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ dùng biến tần ............................... 7
1.3.1. Động cơ không đồng bộ................................................................................ 7
1.3.1.1. Khái quát về động cơ không đồng bộ .................................................... 7
1.3.1.2. Công thức tính chọn động cơ không đồng bộ........................................ 9
1.3.2. Khái quát về biến tần .................................................................................. 10
1.3.2.1. Định nghĩa ............................................................................................ 10
1.3.2.2. Nguyên lý hoạt động của biến tần ........................................................ 11
1.3.2.3. Ưu điểm khi sử dụng biến tần .............................................................. 12
1.3.3. Điều chỉnh tần số động cơ bằng biến tần .................................................... 12
1.4. Cảm biến trọng lực Loadcell .............................................................................. 14
1.4.1. Khái niệm Loadcell ..................................................................................... 14
1.4.2. Tế bào cân đo trọng lượng .......................................................................... 14
1.4.2.1. Nguyên lý tế bào cân số SFT ............................................................... 14
1.4.2.2. Nguyên lý tế bào cân Tenzomet ........................................................... 15
1.4.3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động ................................................................. 16
1.4.3.1. Cấu tạo ................................................................................................. 16
v
1.4.3.2. Nguyên lý hoạt động ............................................................................ 17
1.4.3.3. Thông số kĩ thuật cơ bản ...................................................................... 17
1.4.3.4. Công thức tính khối lượng của LoadCell ............................................. 18
1.5. Băng tải cao su ................................................................................................... 19
1.6. Sensor đo tốc độ................................................................................................. 21
1.6.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: ................................................................ 21
1.6.2. Đo vận tốc băng tải ..................................................................................... 22
1.7. Đo khối lượng liệu trên băng. ............................................................................ 23
1.8. Kết luận chương 1 .............................................................................................. 24
CHƯƠNG 2. TỔNG HỢP HỆ CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG ...................................... 25
2.1. Sơ đồ cấu trúc hệ thống cân băng định lượng .................................................... 25
2.2. Nhận dạng mô hình toán học đối tượng ............................................................. 27
2.2.1. Thu thập dữ liệu vào/ra của đối tượng ........................................................ 27
2.3. Xác định bộ điều khiển ...................................................................................... 31
2.3.1. Bài toán 1 (Xác định luật điều khiển) ......................................................... 31
2.3.2. Bài toán 2 (Lựa chọn thiết bị thực hiện luật điều khiển) ............................ 33
2.4. PLC S7-200 ........................................................................................................ 34
2.4.1. Giới thiệu chung họ PLC S7- 200 .............................................................. 34
2.4.3. Modul mở rộng tương tự EM235 ............................................................... 36
2.5. Kết luận chương 2 .............................................................................................. 38
CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM HỆ CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG .............................. 39
3.1. Các thiết bị thực nghiệm .................................................................................... 39
3.1.1. Động cơ....................................................................................................... 39
3.1.2. Biến tần ....................................................................................................... 39
3.1.3. Loadcell ...................................................................................................... 40
3.1.4. Thiết bị đo vận tốc băng tải ........................................................................ 42
3.1.5. PLC S7 200 (thiết bị thực hiện luật điều khiển) ......................................... 42
3.1.6. Băng tải ....................................................................................................... 43
3.1.7. Bảng điều khiển .......................................................................................... 43
3.1.7. Mô hình thực nghiệm hệ thống cân băng định lượng ................................. 44
3.2. Thực nghiệm ...................................................................................................... 44
3.2.1. Cấu trúc thực nghiệm .................................................................................. 44
3.2.2. Kết quả thực nghiệm ................................................................................... 44
3.2.2.1. Đáp ứng hệ với tín hiệu đầu vào là hàm bước nhảy ............................ 44
3.2.2.2. Đáp ứng hệ với tín hiệu đầu vào dạng bậc thang ................................. 47
3.2.2.3. Đáp ứng hệ khi nguyên liệu trên băng không đồng nhất (nhiễu tác
động) .................................................................................................................. 48
3.2.2.4. Đánh giá kết quả thực nghiệm ............................................................. 50
3.3. Kết luận chương 3 .............................................................................................. 50
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ....................................................................................... 51
Kết luận ..................................................................................................................... 51
Kiến nghị................................................................................................................... 51
Tiếng Việt .................................................................................................................. 52
Tiếng Anh .................................................................................................................. 52
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Do khắc phục được một số nhược điểm của động cơ một chiều trong cấu tạo và
khi làm việc như: không cần có cổ góp và chổi than, những thứ dễ bị mòn và yêu cầu
bảo trì, bảo dưỡng thường xuyên; không sinh ra tia lửa điện trong quá trình làm việc.
Vì vậy, hệ truyền động - động cơ không đồng bộ đã và đang được ứng dụng nhiều
trong thực tế sản xuất.
Một nhược điểm cơ bản của hệ truyền động này là việc điều chỉnh tốc độ ở dải
rộng gặp nhiều khó khăn. Tuy nhiên với sự phát triển của công nghệ vật liệu, của khoa
học kỹ thuật việc mở rộng dải điều chỉnh tốc độ của hệ truyền động này đã được khắc
phục bằng phương pháp điều chỉnh tần số (Hệ truyền động biến tần - động cơ).
Với các hệ truyền động yêu cầu chất lượng điều khiển không cao thì điều khiển theo
cấu trúc hệ hở là đáp ứng được yêu cầu. Tuy nhiên, với các hệ truyền động yêu cầu chất
lượng điều khiển cao thì trong hệ phải có mạch tổng hợp và tạo tín hiệu điều khiển.
Công nghệ cân băng được dùng nhiều trong các dây truyền công nghiệp ví dụ như
sản xuất xi măng. Nó là một trong những công nghệ yêu cầu chất lượng điều khiển
cao, vì vậy việc nghiên cứu ứng dụng PLC để điều khiển hệ truyền động biến tần động
cơ theo yêu cầu công nghệ cân băng định lượng là việc làm cần thiết và là hướng
nghiên cứu chính của bản luận văn.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Mục tiêu chung: Tìm hiểu về hệ thống cân băng định lượng.
- Mục tiêu cụ thể:
+ Xây dựng thuật toán điều khiển điều khiển hệ truyền động biến tần - động cơ
đáp ứng yêu cầu công nghệ cân băng định lượng.
+ Thực hiện thuật toán điều khiển bằng PLC.
3. Dự kiến các kết quả đạt được
Xây dựng cấu trúc và thuật toán điều khiển hệ truyền động biến tần động cơ trong
công nghệ cân băng định lượng.
Xây dựng mô hình thực nghiệm ứng dụng PLC để điều khiển hệ truyền động biến
tần - động cơ theo công nghệ cân băng định lượng.
4. Phương pháp và phương pháp luận
Phương pháp luận:
Nghiên cứu lý thuyết về động cơ không đồng bộ, phương pháp điều chỉnh tốc
độ bằng phương pháp thay đổi tần số. Nghiên cứu về biến tần, PLC; công nghệ cân
băng định lượng; phân tích lựa chọn, xây dựng cấu trúc và thuật toán điều khiển.
Phương pháp nghiên cứu:
Phân tích và tổng hợp hệ bằng mô hình toán. Xây dựng mô hình thực nghiệm
để kiểm tra, đánh giá các kết quả nghiên cứu lý thuyết.
5. Cấu trúc của luận văn
Luận văn được chia làm 3 chương:
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG
Chương 2: TỔNG HỢP HỆ CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG
Chương 3: THỰC NGHIỆM HỆ CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG
6. Kết luận và kiến nghị
Hình 2. 13 Cấu trúc điều khiển hệ thống
Trong đó: - Qđ : Tín hiệu lưu lượng đặt
- RQ: Bộ điều chỉnh lưu lượng
- WDT:Đối tượng điều khiển, hệ thống cân băng
- Q: Lưu lượng (Kg/h)
- v: Vận tốc dài băng tải (m/h)
- m: Khối lượng trên băng tải (Kg/m)
- uđk: Tín hiệu điều khiển
- e: Sai lệch điều khiển
Ở đây ta phải xác định quy luật điều khiển của bộ điều khiển lưu lượng RQ sao
cho trong quá trình làm việc lưu lượng liệu thực của hệ thống luôn bám theo một
lượng đặt cho trước. Bộ điều khiển RQ được tổng hợp theo phương pháp modul tối ưu,
tín hiệu ra của bộ điều khiển là là tín hiệu đầu vào để điều khiển đối tương (chính là tín
hiệu điều khiển biến tần để biến tần cấp điện cho động cơ, kéo băng tải). Bộ điều khiển
này quyết định đến chất lượng động và tĩnh của hệ thống cân băng định lượng.
Ta thấy rằng, trong cấu trúc điều khiển hệ thống có hàm nhân (giữa vận tốc băng
v và khối lượng m), ta sẽ không thể tống hợp được điều chỉnh RQ theo phương pháp
modul tối lưu. Để thực hiện tổng hợp RQ ta giả thiết khối lượng m là hằng số (nguyên
liệu trên băng là đồng nhất). Trong quá trình thử nghiệm hệ thống cân băng với nguyên
liệu đồng nhất, tác giả đo được m dao động xung quanh giá trị 1.5kg/m nên tác giả chon
m = 1.5 kg/m. Khi đó, ta có thể biến đổi cấu trúc điều khiển về dạng sau.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
Nghiên cứu ứng dụng PLC điều khiển hệ truyền động biến tần - động cơ trong công nghệ căn bằng định lượng
Tác giả : Nguyễn Quang Huy
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... x
1. Tính cấp thiết của đề tài .......................................................................................... x
2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................ x
3. Dự kiến các kết quả đạt được .................................................................................. x
4. Phương pháp và phương pháp luận ........................................................................xi
5. Cấu trúc của luận văn .............................................................................................xi
6. Kết luận và kiến nghị .............................................................................................xi
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG ............... 1
1.1. Lý thuyết chung về hệ thống cân băng định lượng. ............................................. 1
1.1.1. Đặt vấn đề ......................................................................................................... 1
1.1.2. Khái niệm .......................................................................................................... 2
1.1.3. Cấu tạo của cân băng định lượng ...................................................................... 2
1.1.4. Nguyên lý tính lưu lượng của cân băng định lượng .......................................... 3
1.1.4.1. Nguyên lý tính lưu lượng ........................................................................... 3
1.1.4.2. Đo trọng lượng liệu trên băng tải ............................................................... 4
1.1.5. Khái quát về điều chỉnh cấp liệu cho cân băng ................................................. 4
1.2. Cấu trúc hệ thống cân băng .................................................................................. 6
1.3. Hệ điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ dùng biến tần ............................... 7
1.3.1. Động cơ không đồng bộ................................................................................ 7
1.3.1.1. Khái quát về động cơ không đồng bộ .................................................... 7
1.3.1.2. Công thức tính chọn động cơ không đồng bộ........................................ 9
1.3.2. Khái quát về biến tần .................................................................................. 10
1.3.2.1. Định nghĩa ............................................................................................ 10
1.3.2.2. Nguyên lý hoạt động của biến tần ........................................................ 11
1.3.2.3. Ưu điểm khi sử dụng biến tần .............................................................. 12
1.3.3. Điều chỉnh tần số động cơ bằng biến tần .................................................... 12
1.4. Cảm biến trọng lực Loadcell .............................................................................. 14
1.4.1. Khái niệm Loadcell ..................................................................................... 14
1.4.2. Tế bào cân đo trọng lượng .......................................................................... 14
1.4.2.1. Nguyên lý tế bào cân số SFT ............................................................... 14
1.4.2.2. Nguyên lý tế bào cân Tenzomet ........................................................... 15
1.4.3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động ................................................................. 16
1.4.3.1. Cấu tạo ................................................................................................. 16
v
1.4.3.2. Nguyên lý hoạt động ............................................................................ 17
1.4.3.3. Thông số kĩ thuật cơ bản ...................................................................... 17
1.4.3.4. Công thức tính khối lượng của LoadCell ............................................. 18
1.5. Băng tải cao su ................................................................................................... 19
1.6. Sensor đo tốc độ................................................................................................. 21
1.6.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: ................................................................ 21
1.6.2. Đo vận tốc băng tải ..................................................................................... 22
1.7. Đo khối lượng liệu trên băng. ............................................................................ 23
1.8. Kết luận chương 1 .............................................................................................. 24
CHƯƠNG 2. TỔNG HỢP HỆ CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG ...................................... 25
2.1. Sơ đồ cấu trúc hệ thống cân băng định lượng .................................................... 25
2.2. Nhận dạng mô hình toán học đối tượng ............................................................. 27
2.2.1. Thu thập dữ liệu vào/ra của đối tượng ........................................................ 27
2.3. Xác định bộ điều khiển ...................................................................................... 31
2.3.1. Bài toán 1 (Xác định luật điều khiển) ......................................................... 31
2.3.2. Bài toán 2 (Lựa chọn thiết bị thực hiện luật điều khiển) ............................ 33
2.4. PLC S7-200 ........................................................................................................ 34
2.4.1. Giới thiệu chung họ PLC S7- 200 .............................................................. 34
2.4.3. Modul mở rộng tương tự EM235 ............................................................... 36
2.5. Kết luận chương 2 .............................................................................................. 38
CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM HỆ CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG .............................. 39
3.1. Các thiết bị thực nghiệm .................................................................................... 39
3.1.1. Động cơ....................................................................................................... 39
3.1.2. Biến tần ....................................................................................................... 39
3.1.3. Loadcell ...................................................................................................... 40
3.1.4. Thiết bị đo vận tốc băng tải ........................................................................ 42
3.1.5. PLC S7 200 (thiết bị thực hiện luật điều khiển) ......................................... 42
3.1.6. Băng tải ....................................................................................................... 43
3.1.7. Bảng điều khiển .......................................................................................... 43
3.1.7. Mô hình thực nghiệm hệ thống cân băng định lượng ................................. 44
3.2. Thực nghiệm ...................................................................................................... 44
3.2.1. Cấu trúc thực nghiệm .................................................................................. 44
3.2.2. Kết quả thực nghiệm ................................................................................... 44
3.2.2.1. Đáp ứng hệ với tín hiệu đầu vào là hàm bước nhảy ............................ 44
3.2.2.2. Đáp ứng hệ với tín hiệu đầu vào dạng bậc thang ................................. 47
3.2.2.3. Đáp ứng hệ khi nguyên liệu trên băng không đồng nhất (nhiễu tác
động) .................................................................................................................. 48
3.2.2.4. Đánh giá kết quả thực nghiệm ............................................................. 50
3.3. Kết luận chương 3 .............................................................................................. 50
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ....................................................................................... 51
Kết luận ..................................................................................................................... 51
Kiến nghị................................................................................................................... 51
Tiếng Việt .................................................................................................................. 52
Tiếng Anh .................................................................................................................. 52
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Do khắc phục được một số nhược điểm của động cơ một chiều trong cấu tạo và
khi làm việc như: không cần có cổ góp và chổi than, những thứ dễ bị mòn và yêu cầu
bảo trì, bảo dưỡng thường xuyên; không sinh ra tia lửa điện trong quá trình làm việc.
Vì vậy, hệ truyền động - động cơ không đồng bộ đã và đang được ứng dụng nhiều
trong thực tế sản xuất.
Một nhược điểm cơ bản của hệ truyền động này là việc điều chỉnh tốc độ ở dải
rộng gặp nhiều khó khăn. Tuy nhiên với sự phát triển của công nghệ vật liệu, của khoa
học kỹ thuật việc mở rộng dải điều chỉnh tốc độ của hệ truyền động này đã được khắc
phục bằng phương pháp điều chỉnh tần số (Hệ truyền động biến tần - động cơ).
Với các hệ truyền động yêu cầu chất lượng điều khiển không cao thì điều khiển theo
cấu trúc hệ hở là đáp ứng được yêu cầu. Tuy nhiên, với các hệ truyền động yêu cầu chất
lượng điều khiển cao thì trong hệ phải có mạch tổng hợp và tạo tín hiệu điều khiển.
Công nghệ cân băng được dùng nhiều trong các dây truyền công nghiệp ví dụ như
sản xuất xi măng. Nó là một trong những công nghệ yêu cầu chất lượng điều khiển
cao, vì vậy việc nghiên cứu ứng dụng PLC để điều khiển hệ truyền động biến tần động
cơ theo yêu cầu công nghệ cân băng định lượng là việc làm cần thiết và là hướng
nghiên cứu chính của bản luận văn.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Mục tiêu chung: Tìm hiểu về hệ thống cân băng định lượng.
- Mục tiêu cụ thể:
+ Xây dựng thuật toán điều khiển điều khiển hệ truyền động biến tần - động cơ
đáp ứng yêu cầu công nghệ cân băng định lượng.
+ Thực hiện thuật toán điều khiển bằng PLC.
3. Dự kiến các kết quả đạt được
Xây dựng cấu trúc và thuật toán điều khiển hệ truyền động biến tần động cơ trong
công nghệ cân băng định lượng.
Xây dựng mô hình thực nghiệm ứng dụng PLC để điều khiển hệ truyền động biến
tần - động cơ theo công nghệ cân băng định lượng.
4. Phương pháp và phương pháp luận
Phương pháp luận:
Nghiên cứu lý thuyết về động cơ không đồng bộ, phương pháp điều chỉnh tốc
độ bằng phương pháp thay đổi tần số. Nghiên cứu về biến tần, PLC; công nghệ cân
băng định lượng; phân tích lựa chọn, xây dựng cấu trúc và thuật toán điều khiển.
Phương pháp nghiên cứu:
Phân tích và tổng hợp hệ bằng mô hình toán. Xây dựng mô hình thực nghiệm
để kiểm tra, đánh giá các kết quả nghiên cứu lý thuyết.
5. Cấu trúc của luận văn
Luận văn được chia làm 3 chương:
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG
Chương 2: TỔNG HỢP HỆ CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG
Chương 3: THỰC NGHIỆM HỆ CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG
6. Kết luận và kiến nghị
Hình 2. 13 Cấu trúc điều khiển hệ thống
Trong đó: - Qđ : Tín hiệu lưu lượng đặt
- RQ: Bộ điều chỉnh lưu lượng
- WDT:Đối tượng điều khiển, hệ thống cân băng
- Q: Lưu lượng (Kg/h)
- v: Vận tốc dài băng tải (m/h)
- m: Khối lượng trên băng tải (Kg/m)
- uđk: Tín hiệu điều khiển
- e: Sai lệch điều khiển
Ở đây ta phải xác định quy luật điều khiển của bộ điều khiển lưu lượng RQ sao
cho trong quá trình làm việc lưu lượng liệu thực của hệ thống luôn bám theo một
lượng đặt cho trước. Bộ điều khiển RQ được tổng hợp theo phương pháp modul tối ưu,
tín hiệu ra của bộ điều khiển là là tín hiệu đầu vào để điều khiển đối tương (chính là tín
hiệu điều khiển biến tần để biến tần cấp điện cho động cơ, kéo băng tải). Bộ điều khiển
này quyết định đến chất lượng động và tĩnh của hệ thống cân băng định lượng.
Ta thấy rằng, trong cấu trúc điều khiển hệ thống có hàm nhân (giữa vận tốc băng
v và khối lượng m), ta sẽ không thể tống hợp được điều chỉnh RQ theo phương pháp
modul tối lưu. Để thực hiện tổng hợp RQ ta giả thiết khối lượng m là hằng số (nguyên
liệu trên băng là đồng nhất). Trong quá trình thử nghiệm hệ thống cân băng với nguyên
liệu đồng nhất, tác giả đo được m dao động xung quanh giá trị 1.5kg/m nên tác giả chon
m = 1.5 kg/m. Khi đó, ta có thể biến đổi cấu trúc điều khiển về dạng sau.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links