Lời giới thiệu Ngày nay tự động hóa công nghiệp đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển nền kinh tế quốc dân. Đặc biệt trong dây chuyền sản xuất tự động hiện đại truyền động điện đóng góp vai trò quan trọng trong việc nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm Việc tăng năng suất của máy và giảm giá thành của thiết bị là hai yêu cầu chủ yếu đối với hệ thống truyền động điện và tự động hóa nhưng chúng lại mâu thuẫn nhau. Một bên đòi hỏi sử dụng các hệ thống phức tạp, một bên lại yêu cầu hạn chế số lượng thiết bị. Vì vậy việc lựa chọn một hệ thống truyền động điện và tự động hóa thích hợp cho máy là một bài toán khó.Nội dung đồ án môn học của em là” nghiên cứu khái quát về truyền động điện cho các trục tháo-trục quấn.Thiết kế giám sát giữ tốc độ, sức căng không đổi cho các động cơ truyền động sử dụng động cơ một chiều”. Đây là đề tài có tính ứng dụng cao trong tự động hóa công nghiệp. 1 Chương 1: Giới thiệu chung về hệ truyền động điện trục tháo-trục quấn 1.1. Khái quát về hệ truyền động điện cho các trục tháo-trục quấn. Hệ truyền động trục tháo – trục quấn là hệ truyền động nhiều động cơ, thường được sử dụng trong dây chuyền sản xuất liên tục, trong đó vật liệu đồng thời chạy qua nhiều phần truyền động của thiết bị công nghệ, mỗi một truyền động cần phải làm việc với tốc độ thích hợp hoặc tốc độ không đổi gắn với yêu cầu chung của hệ. Yêu cầu cơ bản của hệ truyền động điện cho trục tháo trục quấn là phải ổn định tốc độ và giữ sức căng không đổi cho tất cả các động cơ truyền động hay phải đảm bảo tốc độ dài của băng vật liệu không đổi.Đây là vấn đề rất khó khăn và phức tạp vì tốc độ truyền động cần phải thay đổi phụ thuộc vào đường kính các cuộn vật liệu. Trong sản xuất công nghiệp ta hay gặp hệ truyền động trục tháo – trục quấn ở các máy cán liên tục, các băng tải vận chuyển liên tục, máy dệt, sản xuất cáp , máy xeo giấy 1.1.1. Giới thiệu về dây truyền cán liên tục Hình 1.1: Sơ đồ mô tả công nghệ cán Sơ đồ công nghệ máy cán liên tục ở đây gồm có các hộp cán ,một trục tháo và một trục quấn. Để đảm bảo lực căng băng vật liệu (thép) không đổi thì hệ truyền động nhiều động cơ cho máy cán liên tục yêu cầu phải ổn định tốc độ với tỉ lệ giữa tất cả các trục cán. Trục tháo và trục quấn ở máy CNgLT thực hiện việc quấn hay tháo riêng.Ở máy cán QTN thì thực hiện lúc quấn ,lúc tháo. 1.1.2. Giới thiệu chung về dây chuyền băng tải Băng tải là thiết bị vận tải liên tục dùng để chuyên chở hàng dạng hạt, cục, khối theo phương nằm ngang, hoặc theo mặt phẳng nghiêng (góc nghiêng 2 không lớn hơn 30 0 ). Kết cấu của một băng tải cố định được biểu diễn trên (hình 1-1). * Nguyên lý làm việc chung: Băng tải 7 chở hàng di chuyển trên các con lăn đỡ 12 và con lăn đỡ dưới 11. Các con lăn được lắp trên một khung làm giá đỡ 10. Truyền động kéo băng tải nhờ hai tang: tang chủ động 8 và tang thụ động 5. Tang chủ động 8 gá chặt trên hai giá đỡ và nối với trục động cơ truyền động qua hộp giảm tốc. Tạo ra sức căng ban đầu của băng tải nhờ cơ cấu kéo căng gồm đối tượng 1, cơ cấu định vị và dẫn hướng 2, 3 và 4. Băng tải vận chuyển vật liệu từ nơi phát 6 đến nơi nhận 9. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 7 12 11 11 10 Hình 1.2: Kết cấu băng tải cố định * Ưu nhược điểm của việc sử dụng dây truyền băng tải: -Ưu điểm: Vận chuyển được liên tục, khối lượng vận chuyển lớn, là hệ thống đáp ứng được tốt với các công nghệ tự động hoá cao. Tiết kiệm được sức lao động, năng suất làm việc cao. -Nhược điểm: Vốn đầu tư xây dựng dây truyền băng tải lớn, tuyến băng phải thẳng, khó thay đổi vị trí công tác, thiết kế chỉ để phục vụ công việc có khối lượng đã chọn 3 sẵn, khi muốn thay đổi dây truyền vận tải khác ví dụ vận tải loại sản phẩm có kích thước và hình dạng lớn thì phải thay đổi phần lớn hệ thống gây nhiều khó khăn và tốn kém về kinh tế. 1.1.3. Giới thiệu dây chuyền sản xuất cáp điện Cấu trúc của dây chuyền sản xuất cáp điện được thể hiện như hình sau: Hình 1.3: Dây chuyền sản xuất cáp * Bộ phận tạo sợi cáp gồm: - NL: là khu vực cho nguyên liệu vào để tạo sợi cáp. - Pay-off 1, 2: bộ phận này dùng để xoắn cáp lại với nhau. * Bộ phận tạo vỏ bọc cho cáp: - Extruder: dùng động cơ 1chiều kích từ hỗn hợp DM1 để tạo vỏ bọc cho dây cáp. * Bộ phận quấn dây: - Caterpilar: là giàn kéo cáp được truyền động bởi động cơ 1 chiều kích từ hỗn hợp DM2. - Take-up: là phần quấn cáp được truyền động bởi động cơ 1 chiều kích từ hỗn hợp DM3. * Nguyên lý hoạt động của dây chuyền sản xuất cáp điện: Đầu tiên nguyên liệu được đưa vào nấu nóng chảy sau đó đưa khuôn định hình và được kéo thành sợi. Trong quá trình này có kết hợp làm lạnh bằng các Cylinder cooling blower. Tuỳ theo cách lắp đầu hình mà ta có thể cho ra 1 hoặc 2 sợi dây cáp. Qua phần PAY-OFF 1 và PAY- OFF 2 các dây cáp được xoắn với nhau( nếu là cáp xoắn ) hoăc đi riêng rẽ( nếu là cáp 1 sợi) Rồi sau đó cáp đi qua phần động cơ đùn nhựa( Extruder ) để phun lớp nhựa bọc dây cáp. Tiếp tục cáp được kéo bởi động cơ giàn kéo( Caterpilar ) qua phần Traveser đến phần trụ 4 quấn cáp( Take-up ). Sau khi cáp được quấn đầy trên 1 trụ thì sẽ tự động thay trụ mới vào và tiếp tục quấn trụ cáp mới. Trong suốt quá trình từ việc tạo ra sợi cáp đến quấn cáp tốc độ giữa các động cơ truyền động phải được thay đổi cho phù hợp với sự thay đổi của mômen( hay chính là sức căng của dây cáp ), và giữa các động cơ luôn phải có một tỉ lệ nhất định giữa tốc độ và mômen để đảm bảo được chất lượng cáp. Đặc biệt khi cáp được quấn vào trụ việc đồng bộ hoá tốc độ và mômen là rất quan trọng. 1.1.4. Giới thiệu về máy xeo giấy Hình 1.4: Sơ đồ công nghệ máy xeo giấy Giấy được tạo thành băng từ dạng bột lỏng qua phần ép thành băng qua công đoạn sấy khô đưa sang công đoạn cán ép đưa tới cuộn cuốn. Công nghệ cuộn giấy yêu cầu hệ truyền động nhiều động cơ. Phần thứ nhất là các trục truyền động nối các băng lọc và các băng dạ được tiến hành theo một vòng kín. Phần thứ hai từ công đoạn sấy, cán ép và cuộn cuốn chỉ có liên hệ với nhau bởi băng giấy. Để đảm bảo chất lượng giấy, máy xeo giấy có yêu cầu truyền động rất phức tạp nó bao gồm cỡ hàng chục truyền động, đảm bảo truyền động băng giấy chạy liên tục từ dạng bột lỏng thành dạng cuộn giấy, không được đứt quãng và bề dày phải đồng đều. Yêu cầu hệ truyền động nhiều động cơ không những phải đảm bảo ổn định tốc độ mà còn phải đảm bảo sức căng băng giấy phải không đổi, tốc độ cuộn cuốn phải thay đổi sao cho tốc độ dài không đổi và sức căng theo yêu cầu. 5 1.2. Đặc điểm của hệ truyền động điện trục tháo- trục quấn sử đụng động cơ xoay chiều. Hệ truyền động điện cho trục tháo trục quấn cần thỏa mãn những yêu cầu sau: - Chế độ làm việc là dài hạn (thời gian nghỉ cỡ 10% thời gian làm việc). - Duy trì sức căng của băng vật liệu trong mọi chế độ làm việc với sai số %10 ±<∆ T . - Duy trì hiệu số sức căng của trục tháo hay trục quấn lúc đầu và lúc cuối không quá 10% (vì trong quá trình quấn và tháo đường kính rulô thay đổi kéo theo tốc độ dài và sức căng cũng thay đổi). - Động cơ trục tháo chỉ làm việc ở chế độ động cơ khi thay rulô và điều chỉnh để đưa đầu băng vật liệu vào máy. - Sức căng duy trì ở trục tháo thường là 0,4 – 3,5T - Khác với động cơ trục tháo động cơ trục quấn luôn làm việc ở chế độ động cơ và thường có công suất lớn hơn để đảm bảo sức căng lớn hơn đến 12T và có tốc độ 0-25ms. - Một vấn đề cần lưu ý nữa với truyền động trục tháo trục quấn là khi máy tăng tốc độ (lúc mở máy) và giảm tốc (lúc dừng máy) hay khi thay đổi tốc độ công nghệ thì trong mạch phần ứng sẽ xuất hiện các thành phần động của dòng điện. Dòng điện động này phụ thuộc mức độ gia tốc, giảm tốc và đường kính của rulô khi tốc độ thay đổi. - Nếu các dòng này không được bù trừ thì sức căng băng vật liệu sẽ bị thay đổi rất rõ rệt. Ví dụ đối với trục quấn thì băng vật liệu sẽ bị võng khi máy tăng tốc do sức căng giảm mạnh hoặc bị kéo căng quá mức khi máy giảm tốc. 1.3. Tổng quan về động cơ điện xoay chiều. Trong các hệ truyền động điện trục tháo trục quấn thường dùng động cơ một chiều .Tuy nhiên trong đồ án này lại giám sát về hệ truyền động điện xoay chiều. Động cơ không đồng bộ là loại động cơ điện xoay chiều được sử dụng rộng rãi có khả năng điều chỉnh tốc độ tương đối tốt nhờ biến tần. Động cơ không đồng bộ là động cơ mà tốc độ của roto khác tốc độ của từ trường quay trong máy.Sau đây ta sẽ xem xét cụ thể loại động cơ này. 6 1.3.1. Cấu tạo a.Phần tĩnh(stato). Stato có cấu tạo gồm vỏ máy,lõi sắt và dây quấn * Vỏ máy. Vỏ máy làm nhiệm vụ bảo vệ mạch từ và giữ chặt lõi thép Stator,vỏ có dạng trụ rỗng, có chân để cố định máy trên bệ và có hai nắp máy ở hai đầu để đỡ trục máy và bảo vệ phần đầu dây quấn.Các máy có công suất nhỏ thì vỏ làm bằng nhôm, máy có công suất trung bình và lớn vỏ làm bằng gang. * Lõi sắt. Lõi sắt là phần dẫn từ. Vì từ trường đi qua lõi sắt là từ trường quay nên để giảm tổn hao lõi sắt được làm bằng những lá thép kỹ thuật điện ép lại. Khi đường kính ngoài lõi sắt nhỏ hơn 90 mm thì dùng cả tấm tròn ép lại. Khi đường kính ngoài lớn hơn thì dùng những tấm hình rẻ quạt ghép lại. * Dây quấn: Được quấn thành từng các mô bin, mà các cạnh của các mô bin đó được đặt vào các rãnh của lõi thép stator. b. Phần quay (roto) Rôto gồm lõi thép, trục máy và dây quấn. * Lõi thép: Được dập từ các lá thép kỹ thuật điện có dạng hình tròn và mặt ngoài được dập thành rãnh để đặt cuộn dây, ở giữ được dập lỗ tròn để lồng trục máy. * Trục máy: Làm bằng thép tốt, được lồng cứng với lõi thép.Trục được đỡ bởi hai ổ bi trên hai nắp máy. * Dây quấn: Có hai loại + Loại lồng sóc: dây quấn rotor là các thanh dẫn bằng đồng thau hoặc bằng nhôm đặt trong các rãnh của rotor, hai đầu được nối với hai vòng ngắn mạch cũng bằng đồng thau hoặc bằng nhôm. + Loại dây quấn: dây quấn giống như dây quấn stator và thường được đấu hình sao.Ba đầu được đưa ra 3 vành trượt bằng đồng trên trục máy, vành trượt này cách điện với nhau và cách điện với trục máy. 7 c. Khe hở không khí Rotor là một khối tròn nên khe hở đều. Khe hở trong máy điện không đồng bộ rất nhỏ để hạn chế dòng điện từ hóa lấy từ lưới và như vậy mới có thể làm cho hệ số công suất của máy cao hơn. 1.3.2. Đặc điểm - Động cơ điện xoay chiều chủ yếu là loại rotor lồng sóc có nhiều ưu điểm hơn so với động cơ DC. Do kết cấu đơn giản, dễ bảo trì tháo lắp, làm việc chắc chắn, tin cậy, hiệu suất cao, giá thành hạ nên động cơ không đồng bộ là loại máy được dùng rộng rãi trong công nghiệp, nông nghiệp, đời sống hằng ngày.Dùng trực tiếp với điện lưới xoay chiều 3 pha nên không cần trang thiết bị kèm theo. 1.3.3. Nguyên lí làm việc của động cơ không đồng bộ Khi nối dây quấn stator vào lưới điện xoay chiều 3 pha, trong động cơ sẽ sinh ra một từ trường quay. Từ trường này quét qua các thanh dẫn rotor làm cảm ứng trên dây quấn rotor một sức điện động e 2 , từ đó sinh ra dòng điện i 2 chạy trong dây quấn rotor. Dòng điện i 2 tác động tương hỗ với từ trường stator tạo ra lực điện từ trên dây dẫn rotor và mômen quay làm cho rotor quay với tốc độ n theo chiều quay của từ trường. Tốc độ quay của rotor n luôn nhỏ hơn tốc độ của từ trường quay Stator n 1 . Vì tốc độ của rotor khác với tốc độ của từ trường quay stator nên gọi là động cơ không đồng bộ Các đại lượng đặc trưng và phương trình cơ bản. * Hệ số trượt s S = 0 s 1. n= n 1 (1-s); n 1 = n là tốc độ rôto; n 1 là tốc độ từ trường quay. f 1 là tần số dòng điện lưới. p là số đôi cực. Khi tần số của mạng điện f 1 thay đổi thì n 1 thay đổi làm cho n thay đổi. 8 Khi mở máy thì n =0 và s =1 gọi là độ trượt mở máy. * Sức điện động. Khi rôto đứng yên : 20 20 2 2 4.44* * * * m f K W E = Φ Khi rôto chuyển động : 2 2 2 2 4.44* * * * m s s f K W E = Φ Trong đó : K2 : Hệ số cuốn dây. f 20 = f 1 f 2s = s * f 1 W 2 : số vòng dây Φ m : Từ thông Dòng điện trong dây quấn và từ trường quay tác dụng tương hỗ lên nhau nên khi roto chịu tác dụng của mômen M thì tử trường quay cũng chịu tác dụng của mômen M theo chiều ngược lại. Muốn cho từ trường quay với tốc độ n 1 thì nó phải nhận một công suất đưa vào là công suất điện từ. P dt =M 1 = . Công suất điện đưa vào P 1 = UIcos . Ngoài thành phần công suất điện từ còn có các thành phần tổn hao trên điện trở dây quấn stato P d1 , tổn hao sắt P st , tổn hao trên dây quấn roto P d2 , tổn hao do ma sát P ms . Công suất cơ ở trục động cơ P’ 2 = M. = . Do có tổn hao ma sát nên công suất cơ đưa ra là P 2 = P’ 2 - P ms =P 1 - P d1 - P st - P d2 - P ms. 9 Hiệu suất = - Phương trình đặc tính cơ '2 ' 1 2 ' 2 2 2 1 1 2 1 2 1 ' ' 2 2 2 2 2 1 1 ' 2 3* * 2* *(1 ) 2 * 2* * * ( ) 3* 2* 1*( 1 ) 0 f th th th th nm th th f th nm nm nm U R M M S S S S R S R X S S S S s U R R X R R Sth X R X R R M M ε ε ω ω ε + = ≈   + + + + +     = + + =± ≈ + ≈ = = 10 [...]... display6.Value = 0.1 * P / Val(Text1.Text) End Sub 21 Kết luận Đồ án đã hoàn thành việc thiết kế giám sát giữ tốc độ, sức căng không đổi cho các động cơ truyền động sử dụng động cơ xoay chiều Thông qua đồ án này em đã có thêm nhiều kiến thức về các hệ truyền động trục tháo – trục quấn cũng như các hệ truyền động nhiều động cơ. Qua đó thấy được sự ứng dụng rộng rãi của tự động hóa vào trong công nghiệp Mặc dù rất... hướng dẫn của thầy cô cùng các bạn Tuy nhiên do lượng kiến thức của em còn hạn chế nên đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót -Chương 1 :Về cơ bản đã hoàn thành xong việc nghiên cứu khái quát hệ truyền động điện trục tháo -trục quấn - Chương 2:Hệ truyền động điện trục tháo -trục quấn có đường kính thay đổi nên đồ án này sẽ giám sát 4 thông số của hệ như tốc độ ,sức căng, dòng điện, đường kính.Tuy nhiên... Thiết kế mạch giám sát Hệ truyền động điện trục tháo -trục quấn có đường kính thay đổi. Do vậy ngoài việc đo tốc độ ,sức căng T,dòng điện, ta cần đo đường kính của trục tháo và trục quấn 2.1 Cấu trúc mạch giám sát Cấu trúc gồm 3 phần chính: - Khối cảm biến và đo lường :Khối này làm nhiệm vụ phát hiện ,thu thập tín hiệu của các thông số trong hệ truyền động điện. Trong đồ án này ta sử dụng cảm biến đo tốc độ,cảm... chuyển đổi mức điện áp của RS232 về mức TTL 17 2.3 Thiết kế mạch giám sát dòng điện Với truyền động trục tháo trục quấn là khi máy tăng tốc độ (lúc mở máy) và giảm tốc (lúc dừng máy) hay khi thay đổi tốc độ công nghệ thì trong mạch phần ứng sẽ xuất hiện các thành phần động của dòng điện Dòng điện động này phụ thuộc mức độ gia tốc, giảm tốc và đường kính của rulô khi tốc độ thay đổi Nếu các dòng này không. .. thì sức căng băng vật liệu sẽ bị thay đổi rất rõ rệt Vì thế đây là một yếu tố ta cần quan tâm để giám sát Gồm các khối sau: +Biến dòng 3 pha để hạ dòng xuống +Chỉnh lưu thành điện áp một chiều để đưa ADC +ADC là bộ biến đổi tương tự-số +Vi điều khiển dùng để xử lý tín hiệu thích hợp đưa về máy tính 2.3 Thiết kế mạch giám sát sức căng Trong hệ truyền động điện trục tháo trục quấn để giám sát sức căng. .. vệt sáng Đây là loại cảm biến được ứng dụng nhiều trong công nghiệp 2.4 Thiết kế mạch giám sát đường kính của trục tháo -trục quấn -Để đo đường kính ta sử dụng cảm biến laser 18 Chương 3: Thiết lập phần mềm giám sát 3.1 Xây dựng giao diện giám sát trên phần mềm Visual Basic Hình 3.1:Phần mềm giám sát hệ truyền động điện trục tháo -trục quấn 3.2 Viêt chương trình giám sát Option Explicit Dim P As Double... kích hoạt động để thông báo cho bộ truyền là nó sẵn sàng nhận tín hiệu + chân 9 : Ring Indicate (RI) : Báo chuông cho biết là bộ nhận đang nhận tín hiệu rung chuông Còn DB28 bây giờ hầu hết các main mới ra đều không có cổng này nữa Nên tôi không đề cập đến ở đây 2.2 Thiết kế mạch giám sát tốc độ Có rất nhiều loại cảm biến để đo tôc độ động cơ như: -Sử dụng máy phát tốc -Sử dụng bộ cảm biến quang tốc độ... biến đo tốc độ,cảm biến đo đường kính,cảm biến đo sức căng - Khối vi điều khiển:Khối này có nhiệm vụ xử lý tín hiệu thích hợp để truyền dữ liệu lên máy tính.Trong đồ án này ta sử dụng vi điều khiển 8051 - Máy tính :Giám sát các thông số như tốc độ, ường kính ,sức căng để biết trạng thái hoạt động của hệ truyền động điện Để làm được việc này ta sẽ giám sát trên phần mềm Visual Basic 2.1.1 Vi điều khiển... hóa -Sử dụng máy đo góc tuyệt đối 14 -Xác định tốc độ gián tiếp qua phép đo dòng điện và điện áp stato mà không cần dùng bộ cảm biến tốc độ Trong thực tế hay dùng máy phát tốc và phương pháp đo tốc độ bằng đếm xung.Tuy nhiên do độ chính xác thấp,lại đòi hỏi kèm theo bộ biến đổi tương tựsố để số hóa tín hiệu đo nên phương pháp sử dụng máy phát tốc đã dần đi vào dĩ vẵng.Trong đồ án thiết kế này ta sử dụng. .. kính.Tuy nhiên do kiến thức còn hạn hẹp nên việc thiết kế mạch phần cứng còn hạn chế và chưa hoàn thành - Chương 3: Chương này em giám sát các thông số của hệ truyền động diện trục tháo -trục quấn trên máy tính thiết kế phần mềm giám sát trên máy tính chưa hoàn chỉnh do việc việc thiết kế phần cứng chưa hoàn chỉnh Em mong tiếp tục nhận được sự góp ý từ phía các thầy cô để đồ án của em được hoàn thiện hơn Em . động điện cho các trục tháo -trục quấn. Thiết kế giám sát giữ tốc độ, sức căng không đổi cho các động cơ truyền động sử dụng động cơ một chiều . Đây là đề tài có tính ứng dụng cao trong tự động hóa. thiệu chung về hệ truyền động điện trục tháo -trục quấn 1.1. Khái quát về hệ truyền động điện cho các trục tháo -trục quấn. Hệ truyền động trục tháo – trục quấn là hệ truyền động nhiều động cơ, thường. tốc độ không đổi gắn với yêu cầu chung của hệ. Yêu cầu cơ bản của hệ truyền động điện cho trục tháo trục quấn là phải ổn định tốc độ và giữ sức căng không đổi cho tất cả các động cơ truyền động