Đồ án môn học điều khiển tự động hóa hệ thống điện công nghiệp thiết kế băng tải
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.14 MB, 46 trang )
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
----- ♦♦♦ -----
Đồ án môn học
Môn học: Điều khiển tự động hóa hệ thống điện cơng nghiệp
Đề tài:
THIẾT
KẾ
VÀKhải Uy
2. Đồn
GVHD: PGS. TS Trương Việt Anh
Nhóm sinh viên thực hiện:
1. Lê An Toàn
19542123
19542126
Tp Thủ Đức, ngày 5 tháng 12 năm 2021
Đồ án môn học
Thiết kế băng tải
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN
……………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………
Ký tên
PGS. TS Trương Việt Anh
Đồ án môn học
Thiết kế băng tải
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU.............................................................................................................................
CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT VỀ BĂNG TẢI CƠNG NGHIỆP..............................................1
1.1
Băng tải cơng nghiệp....................................................................................................1
1.2
Cấu tạo.......................................................................................................................... 1
1.3
Phân loại....................................................................................................................... 2
1.4
Ứng dụng...................................................................................................................... 7
CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỚNG BĂNG TẢI........................................8
2.1
Mơ 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 BỚ TRÍ HỆ THỚNG ĐIỆN.
.................................................................................................................................................. 24
4.1
Thiết kế hệ thớng 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
Đờ án mơn học
Thiết kế băng tải
TỞNG KẾT.............................................................................................................................. 32
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................................
Đồ án môn học
Thiết kế băng tải
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.
Đồ án môn học
Thiết kế băng tải
CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT VỀ BĂNG TẢI CƠNG NGHIỆP
1.1 Băng tải cơng 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 cơng 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,
…
Bộ con lăn kéo (con lăn truyền lực chủ động ) bằng thép mạ kẽm hoặc nhôm Ø50, Ø60,
Ø76, Ø89, Ø102 …
Bộ truyền động xích hoặc đai.
Page | 1
Đồ án môn học
Thiết kế băng tải
Hệ thống khung băng tải thường được làm bằng nhơm 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 mợt băng tải
Ngồi ra cịn 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 cơng 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…
Page | 2
Đồ án môn học
Thiết kế băng tải
Hình 1.3 Băng tải cao su
Băng tải con lăn:
Sử dụng chủ yếu cho cơng 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
Page | 3
Đồ án môn học
Thiết kế băng tải
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 tồn 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.
Page | 4
Đồ án môn học
Thiết kế băng tải
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
khơng chỉ cho các trạm phân phối lớn mà cịn cho các cơng ty vừa và nhỏ.
Hình 1.7 Băng tải linh hoạt
Page | 5
Đồ án môn học
Thiết kế băng tải
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 hồn. 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
Page | 6
Đồ án môn học
Thiết kế băng tải
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, cơng 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 cơng trình thi cơng 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, khơng những mang lại hiệu quả kinh tế cao nó cịn giảm thiếu tai nạn
trong lao động bảo đảm tính an tồn lao động cao.
Page | 7
Đồ án môn học
Thiết kế băng tải
CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỚNG BĂNG TẢI
2.1
Mơ hình băng tải thiết kế.
Hình 2.1 Mô hình phác thảo thiết kế băng tải.
Các thông số của mô hình:
Chiều cao H1
Chiều cao H2
Góc nghiêng α
Chiều dài L
Trọng tải định mức M
0.8 m
4m
12 ⁰
15 m
30 kg/m
Page | 8
Đồ án môn học
Thiết kế băng tải
Vận tốc yêu cầu v
Khối lượng dây đai m
Đường kính Rulo d
Bề rộng băng tải l
1 m/s
10 kg
0.2 m
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 n1 =
[vòng/s] = 96 [vịng/phút]
Chọn bợ trùn đợng xích kết nới hợp sớ 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 =
Page | 9
Đồ án môn học
Thiết kế băng tải
=> Chọn tỉ số truyền hộp số i=15
Momen đầu của Rulo: T1 =
[Nm]
Momen đầu hộp số T =
[Nm]
Công suất ở đầu trục động cơ P =
W = 1.3kW
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
100%
75%
50%
25%
1299.58 W
974.67 W
649.78 W
324.89 W
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 Mkđ = (1.6 – 1.8) Mđm.
+ 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.
Page | 10
Đồ án môn học
Thiết kế băng tải
Sau đây là quá trình tính toán công suất động cơ theo điều kiện cản tĩnh
o Công suất P1 để dịch chuyển vật liệu:
P1 = F1.v = 215.7 x 1 = 215.7 (W)
F1 = L.∂.cosα.k1.g: Lực dịch chuyển vật liệu
F1 = 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.
k1: Hệ số tính đến lực cản khi dịch chuyển vật liệu. k1 = 0.05
g: Gia tốc trọng trường.
o Công suất P2 để khắc phục tổn thất do ma sát:
P2 = F2 . v = 48.9 . 1 = 18.4 (W)
F2 = 2L. ∂b.cosα.k2.g : Lực cản do mát sát sinh ra
F2 = 2.15. 0.34.cos(12’).0.2.(9.8) = 18.4 (N)
k2: Hệ số tính đến lực cản khi không tải.
∂b : Khối lượng băng tải trên 1 mét băng tải.
o Công suất P3 để nâng tải
P3 = F3 . v = 916.9 . 1 = 916.9 (W)
F3 = L.∂.sinα.g: Lực cần thiết nâng vật.
F3 = 15.30.sin(12’).(9.8) = 916.9 (N)
o Công suất tĩnh của băng tải:
P = P1 + P2 + P3 = 215.7 + 18.4 + 916.9 = 1151 (W)
o Công suất động cơ truyền động băng tải được tính theo biểu thức sau:
Pđc =
= 1534.7(W) = 1.53 (kW)
k3 : Hệ số dữ trữ về công suất (k3 = 1.2 – 1.25). Đối với hệ thống băng tải đang thiết
kế, ta chọn k3 = 1.2
η: Hiệu suất truyền động.
Page | 11
Đồ án môn học
Thiết kế băng tải
2.3.2 Tính chọn công suất biến tần.
Công suất biến tần được tính theo công thức:
= 2.14 (kW)
Với Kat là hệ số an toàn. Trong thiết kế băng tải, hệ số an toàn được chọn phù hợp với nhu
cầu là Kat = 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.
Page | 12
Đồ án môn học
Thiết kế băng tải
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
Tên thương hiệu
Hitachi Motors
Loại động cơ
Động cơ không đồng bộ 3 pha
Rotor
Lồng sóc
Công suất định mức
1,5 kW (2 HP)
Điện áp định mức
380 V
Dòng điện định mức
3,5A
Số cực
4
Tốc độ định mức
1420 vòng/phút
Hiệu suất
78%
Hệ số công suất
82%
Moment định mức
10.3 Nm
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
Moment quán tính
0.0033 kg.m2
Page | 13
Đồ án môn học
Thiết kế băng tải
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
Page | 14
Đồ án môn học
Thiết kế băng tải
Hình 2.5 Catalog biến tần IG5A từ nhà sản xuất
Thông số kỹ thuật của biến tần được chọn
Tên thương hiệu
LS
Tên sản phẩm
Biến tần IG5A
Điện áp ngõ vào
380 - 480 V
Điện áp ngõ ra
380 - 480 V
Tần số tối đa
400 Hz
Tần số định mức
50 - 60 Hz
Phương pháp làm mát
Không khí cưỡng bức
Khối lượng
1,84 Kg
Page | 15
Đồ án môn học
Thiết kế băng tải
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.
Page | 16
Đồ án môn học
Thiết kế băng tải
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
Page | 17
Đồ án môn học
Thiết kế băng tải
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 thơng 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.
Page | 18
Đồ án môn học
Thiết kế băng tải
Hình 3.3 Sơ đồ chân biến tần IG5A
Page | 19
Đồ án môn học
Thiết kế băng tải
Hình 3.4 Các Terminal và mô tả đặc tính
Page | 20
