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 công nghiệp Đề tài: THIẾT KẾ VÀKhải Uy Đoàn GVHD: PGS TS Trương Việt Anh Nhóm sinh viên thực hiện: Lê An Toàn 19542123 19542126 Tp Thủ Đức, ngày 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 KHÁI QUÁT VỀ BĂNG TẢI CÔNG NGHIỆP 1.1 Băng tải công nghiệp 1.2 Cấu tạo 1.3 Phân loại 1.4 Ứng dụng CHƯƠNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG BĂNG TẢI 2.1 Mô hình băng tải thiết kế 2.2 Tính toán công suất tải trục động 2.1.1 Tính toán các hệ số hệ thống 2.1.2 Tính toán công suất ở đầu động với các mức công suất khác 10 2.3 Tính chọn công suất động và biến tần .10 2.3.1 Tính chọn công suất động .10 2.3.2 Tính chọn công suất biến tần .12 2.4 Lựa chọn động và biến tần thực tế 12 CHƯƠNG BIẾN TẦN IG5A 16 3.1 Cấu tạo và chức biến tần IG5A 16 3.2 Thông số hoạt động 17 3.3 Sơ đồ dây 18 3.4 Điều khiển PID .21 CHƯƠNG 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 MÔ HÌNH HÓA VÀ ĐIỀU KHIỂN BĂNG TẢI TRÊN PHẦN MỀM MATLAB/SIMULINK 27 4.1 Mô hình điều khiển băng tải 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 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 chuyển sang điều khiển tự động Tự động hóa mở một cuộc cách mạng mới mọi lĩnh vực và mang lại hiệu quả sản xuất cao chưa từng có lịch sử Trong các máy tự động được sử dụng phổ biến hoặc có thể nói là không thể thiếu 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 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 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 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 việc thiết kế và điều khiển một hệ thống băng tải công nghiệp Điều này sẽ giúp ích rất nhiều cho hội nghề nghiệp tương lai của các thành viên nhóm Vì thời gian có hạn và sự khó khăn giai đoạn dịch bệnh diễn 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 KHÁI QUÁT VỀ BĂNG TẢI CÔNG NGHIỆP 1.1 Băng tải công nghiệp Hệ Thống Băng Tải cụm thiết bị khí dùng để di chuyển hàng hóa, vật liệu với khối lượng, lượng khác từ điểm A đến Điểm B đường dẫn xác định trước Hệ thống băng tải cho phép vận chuyển nhanh chóng, xác hiệu nhiều loại vật liệu Bên cạnh sản xuất, băng chuyền giảm nguy chấn thương, gây an toàn lao động yếu tố phát sinh liên quan đến tính mạng người Việc sử dụng băng tải cơng nghiệp khác tùy theo vị trí, loại sản phẩm cần di chuyển, khoảng cách mà đối tượng di chuyển Tiêu chuẩn cho băng tải đo lường xác định tải trọng tối đa, trọng lượng sản phẩm, số lượng mảnh đơn vị thời gian, tải trọng, tốc độ dòng chảy vật liệu Hình 1.1 Băng tải chuyển hàng 1.2 Cấu tạo Thành phần cấu tạo băng tải gồm phận sau:  Động giảm tốc, điều khiển kiểm soát tốc độ, biến tần, sensor, timer, cảm biến, PLC, …  Bộ lăn kéo (con lăn truyền lực chủ động ) thép mạ kẽm nhôm Ø50, Ø60, Ø76, Ø89, Ø102 …  Bộ truyền động xích đai Page | Đồ án môn học  Thiết kế băng tải Hệ thống khung băng tải thường làm nhôm định hình, thép sơn tĩnh điện Inox.( khung, chân, thành chắn)  Hệ thống mặt băng tải: mặt belt lăn,… Hình 1.2 Cấu tạo của một băng tải Ngồi cịn có thêm số phận khác tuỳ thuộc vào ứng dụng băng tải Tất phận thiết kế hợp lý, khoa học, tối ưu để mang lại hiệu cao 1.3 Phân loại  Băng tải cao su: Băng tải cao su phần quan trọng thiếu hệ thống truyền tải, dùng để tải vật liệu nhà máy, xí nghiệp, cơng ty sản xuất gạch, ngói, xi măng, điểm khai thác cát, sỏi, ngành sản xuất thép hay nhà máy nhiệt điện, đặc biệt nhiều ngành khai thác than, khống sản… Page | Đờ án mơn học Thiết kế băng tải Hình 1.3 Băng tải cao su  Băng tải lăn: Sử dụng chủ yếu cho cơng nghiệp thực phẩm, có nhiệm vụ vận chuyển sản phẩm, giá đỡ thùng hàng Loại băng tải chia làm loại khác bao gồm: Băng tải lăn nhựa, Băng tải lăn thép mạ kẽm, Băng tải lăn nhựa PVC, Băng tải lăn truyền động motor Hình 1.4 Băng tải lăn Page | Đồ án môn học Thiết kế băng tải Các loại lăn thị trường: - Con lăn Inox - Con lăn thép - Con lăn nhựa - Con lăn thép mạ kẽm  Băng tải xích: Thường sử dụng phổ biến ngành công nghiệp, ngành thực phẩm Với hệ thống băng tải giúp truyền tải sản phẩm tươi sống hoạc chế biến cách an tồn vệ sinh Hơn nữa, băng tải xích sử dụng rộng rãi khâu hoàn tất kim loại ngành công nghiệp phân phối, ngành ô tô Hình 1.5 Băng tải xích  Băng tải xoắn ốc: Được dùng chủ yếu công nghiệp thực phẩm nước uống hay bao bì dược phẩm, … Hoạt động theo nguyên tắc vận chuyển nguyên vật liệu liên tục Page | Đồ án môn học Thiết kế băng tải Hình 1.6 Băng tải xoắn ốc  Băng tải linh hoạt: Băng tải lăn linh hoạt hay gọi băng tải lăn xếp dùng để chuyển thùng carton sản phẩm dạng hộp có khả co dãn thay đổi chiểu dài giúp cho việc lưu giữ vận hành nhanh chóng dễ dàng Băng tải bẻ cong theo nhiều góc độ khác , bánh xe có khóa vững giúp tạo đường chuyển tải linh hoạt bán kính cong khác Băng tải lăn xếp linh hoạt giải pháp đầu tư chi phí hiệu khơng cho trạm phân phối lớn mà cho công ty vừa nhỏ Hình 1.7 Băng tải linh hoạt Page | Đồ án môn học Thiết kế băng tải CHƯƠNG MÔ HÌNH HÓA VÀ ĐIỀU KHIỂN BĂNG TẢI TRÊN PHẦN MỀM MATLAB/SIMULINK 4.1 Mô hình điều khiển băng tải phần mềm Matlab/Simulink Sử dụng phần mềm Matlab/Simulink mô hình hóa hệ thống điều khiển băng tải Mô hình mô phỏng được thực hiện phần mềm Matlab R2019a Page | 27 Đồ án môn học Thiết kế băng tải Hình 4.1 Mô hình mô phỏng điều khiển tốc độ băng tải Page | 28 Đồ án môn học Thiết kế băng tải Hình 4.2 Biến tần IG5A Page | 29 Đồ án môn học Thiết kế băng tải Hình 4.3 Bộ điều khiển PI Page | 30 Đồ án môn học Thiết kế băng tải Nguyên lý hoạt động của sơ đồ mô phỏng Thực tế, biến tần IG5A đã tích hợp bộ điều khiển PID/PI, nên điều khiển sẽ trực tiếp lập trình biến tần,  Nguồn điện xoay chiều pha 380V được cấp từ bên ngoài vào biến tần  Tại khối biến tần IG5A:  Điện áp cấp vào biến tần được nghịch lưu thành điện áp xoay chiều  Điện áp được nghịch lưu thành điện áp pha với tần số và điện áp tùy thuộc vào tín hiệu vào Input_Voltage được đưa vào từ bộ điều khiển PI Điện áp này được đưa khỏi biến tần kết nối với bộ đo lường trước kết nối đến động  Tại khối PI Controller: Tín hiệu đặt (tín hiệu yêu cầu cần đạt) và tín hiệu hồi tiếp từ Encoder sẽ được lập trình xử lý, tạo điện áp (Tín hiệu) điều khiển Input_Voltage Tín hiệu này được đưa vào khối biến tần IG5A làm cứ nghịch lưu  Động cơ: Nguồn điện từ biến tần với tần số và điện áp được điều khiển được đưa vào động Hai giá trị động được yêu cầu gồm tốc độ và moment được lấy và đo lường Nguyên lý điều khiển Đây là mô hình điều khiển tốc độ băng tải với tải trọng thay đổi (moment tải thay đổi) có hồi tiếp tín hiệu Tín hiệu yêu cầu và tín hiệu đo được ở đầu động được đưa qua bộ xử lý PI Controller Tại đây, nó sẽ xử lý và đưa tín hiệu điều khiển Tín hiệu điều khiển này sẽ đưa vào biến tần, tại tín hiệu điều khiển sẽ tác động làm cho điện áp khỏi biến tần cấp cho động có được biên độ và tần số hợp lý mà được cấp cho động sẽ trì tốc độ động không đổi dù moment tải thay đổi 4.2 Mô phỏng quá trình điều khiển và đánh giá kết quả 4.2.1 Thiết lập thông số các khối  Động cơ: Động được chọn không có sẳn thư viện Simulink, vì vậy cần thiết lập thủ công thông số cho động cơ: Page | 31 Đồ án môn học Thiết kế băng tải Hình 4.4 Thiết lập thông số động  Biến tần Page | 32 Đồ án môn học Thiết kế băng tải Hình 4.5 Thiết lập thông số biến tần  Bộ PI Controller Hình 4.6 Thiết lập thông số bộ điều khiển PI  Bộ tín hiệu yêu cầu Page | 33 Đồ án môn học Thiết kế băng tải Moment 0.8 0.6 0.4 0.2 Speed 1.5 0.5 10 20 30 40 50 60 Time (sec) Hình 4.7 Thiết lập tín hiệu đặt Yêu cầu mô phỏng: Điều khiển tốc độ động không đổi ở 1m/s với moment thay đổi: 4.2.2 Kết quả mô phỏng Page | 34 Đồ án môn học Thiết kế băng tải Hình 4.8 Tín hiệu ngõ của động Page | 35 Đồ án môn học Thiết kế băng tải Hình 4.9 Tín hiệu ngõ của động so với tín hiệu yêu cầu Page | 36 Đồ án môn học Thiết kế băng tải Hình 4.10 Điện áp và dòng điện cung cấp cho động Page | 37 Đồ án môn học Thiết kế băng tải Hình 4.11 Tín hiệu điều khiển và tốc độ động Page | 38 Đồ án môn học Thiết kế băng tải 4.2.3 Nhận xét về kết quả Nhận xét: Về mặt tương đối, động đáp ứng được tốc độ yêu cầu không đổi tải thay đổi trọng tải cả tăng và giảm Về moment, động đáp ứng được moment thay đổi của tải, sự chênh lệch kết quả là động phải gánh thêm các tổn hao khí, khiến động phải tạo moment chênh lệch một ít với nhu cầu tải Đánh giá: + Ưu điểm của hệ thống Điều khiển được tốc độ động phù hợp với yêu cầu Hệ thống điều khiển đơn giản, dể dàng thiết kế và điều khiển + Nhược điểm Tốc độ còn có sự bất ổn thay đổi tải, chưa thật sự dảm bảo được tốc độ trơn tru, phạm vi tương đối có thể chấp nhận được Page | 39 Đồ án môn học Thiết kế băng tải TỞNG KẾT Băng tải là thiết bị trùn đợng phở biến với một nhiệm vụ nhất là di chuyển các sản phẩm từ vị trí này đến vị trí khác Nó là thiết bị quan trọng và vô cùng hữu ích các khu sản xuất, dây chuyền tự động hoặc các hoạt động sản xuất mạng tính chuyên môn Với mẫu mã đa dạng, dể dàng điều khiển và sử dụng mà sự phổ biến của nó ngày càng nâng cao và tích hợp chức điều khiển cũng không ngừng cải tiến Đồ án này với mục đích thiết kế hệ thống băng tải theo yêu cầu được định trước, các bước thực hiện gồm: Giới thiệu về tởng quát về băng tải, tính tốn chọn động phù hợp, lựa chọn thiết bị điều khiển biến tần, hộp số, mạch PI controller…xây dưng mô hình 3D với thiết kế cấu trúc, bố trí các thiết bị hệ thống cuối cùng là xây dựng mô hình mô phỏng nhằm tạo một sản phẩm trực quan về thiết kế và điều khiển Động được lựa chọn là động không đồng pha ứng dụng rộng rãi hiệu nó, động khơng đồng pha chủ yếu sử dụng ứng dụng công nghiệp “con ngựa” ngành công nghiệp Với việc sử dụng thêm biến tần để điều khiển động thay cho dùng hộp số giúp việc vận hành hệ thống băng tải trở nên an toàn, dễ dàng , linh hoạt và chính xác Điều này giúp tăng tuổi thọ cho thiết bị vận hành và tính biến đổi linh hoạt cho phù hợp các nhu cầu thay đổi theo thời gian của hoạt động sản xuất Biến tần được lựa chọn tên là biến tần IG5A của hãng LS – là thương hiệu biến tần băng tải được sử dụng phổ biến Đây là một đề tài điều khiển không thể nói là khó đối với sinh viên chuyên điều khiển cũng là một đề tài khá cứng cho nhóm Với tất cả sự cố gắng, tính chăm chỉ, nhóm đã cố gắng hết sức để hoàn thành tốt nhất đề tài này Nhóm rất cảm ơn thầy Trương Việt Anh với những sự trợ giúp hết sức thiết thực và nhiệt tình, nhờ vậy nhóm có thể hoàn thành đồ án một cách nhanh chóng vẫn đảm bảo tính đúng đắn và chỉnh chu của một sản phẩm khoa học Nhóm rất mong nhận được những đóng góp và phê bình đến từ người đọc để có thể nâng cao kinh nghiệm lĩnh vực điều khiển Chân thành cảm ơn Đồ án môn học Thiết kế băng tải TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Quang Thọ (2018), Truyền động điện tự động, NXB Đại học Quốc gia TP HCM [2] Vũ Quang Hồi - Nguyễn Văn Chất - Nguyễn Thị Liên Anh (2006), Chương 5: Trang bị điện điện tử – Các thiết bị vẫn tải liên tục, “Trang bị điện - điện tử máy công nghiệp dùng chung”, Tái bản lần thứ 5, NXB Giáo dục [3] Karl J Astrom, Tore Hagglund (1995), PID Controller: Theory, Design and Turning, 2nd Edition, Instrument Society of American [4] Hitachi electric motors for industrial application, Hitachi Technology Industrial (Thailand).Ltd, trang 22, https://www.wingleehardware.com/PDF/Hitachi/CatalogueHitachiMotor.pdf [5] Compact & Powerful Inverter Starvert iG5A, LS Industrial Systems, trang https://www.tme.eu/Document/cf1187374b6370b25f8f15a3dea2dbbd/sv-ig5a.pdf [6] SV-iG5A User Manual, LS Industrial Systems https://inverterdrive.com/file/LS-Starvert-iG5A-Manual [7] Incremental 40-mm-dia Rotary EncoderE6B2-C, OMRON Corporation Industrial Automation Company https://www.mouser.com/datasheet/2/307/e6b2-c_ds_csm491-25665.pdf [8] Cách Lựa Chọn Motor Cho Băng Tải Chuẩn Nhất Hiện Nay(17/3/2021), https://minhmotor.com/dong-co-bang-tai.html [9] Conveyer Handbook (2009), FENNER DUNLOP Conveyer Belting Australia ... Page | 23 Đồ án môn học Thiết kế băng tải CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG VÀ BỐ TRÍ HỆ THỐNG ĐIỆN 4.1 - Thiết kế hệ thống điều khiển Sơ đồ khối điều khiển Hình... độ băng tải Page | 28 Đồ án môn học Thiết kế băng tải Hình 4.2 Biến tần IG5A Page | 29 Đồ án môn học Thiết kế băng tải Hình 4.3 Bộ điều khiển PI Page | 30 Đồ án môn học Thiết. .. PID điều khiển động Hình 3.5 Chức điều khiển PID Page | 21 Đồ án môn học Thiết kế băng tải Hình 3.6 Sơ đồ điều khiển PID IG5A Page | 22 Đồ án môn học Thiết kế băng tải