Đang tải... (xem toàn văn)
Cùng với sự phát triển ngày càng lớn mạnh của các ngành kinh tế trong thời kỳ đổi mới, công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, ngành khai thác than đá đã có một bước tiến vượt bậc trên con đường phát triển của mình. Cùng song song với sự phát triển đó là sự phát triển không ngừng của hệ thống điều khiển tự động để có thể giám sát được qui trình khai thác than một cách an toàn và tiện lợi. Sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật và sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật máy tính, đã cho ra đời các thiết bị điều khiển số: CNC, PLC… Các thiết bị này cho phép khắc phục được rất nhiều các nhược điểm của hệ thống điều khiển trước đó, và đáp ứng được yêu cầu kinh tế và kỹ thuật trong sản xuất. Sau thời gian học tập, em được giao đề tài: “Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát hệ thống băng tải cho mỏ than Cao Sơn” . Trong quá trình làm đồ án, bản thân em đã cố gắng nghiên cứu, tìm hiểu để đạt được kết quả tốt nhất, nhưng do thời gian và kinh nghiệm còn hạn chế nên còn nhiều thiếu sót. Vì vậy, em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp và nhận xét đánh giá quý báu của các thầy cô để đồ án của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình và chu đáo của giáo viên hướng dẫn Ts. Đỗ Mạnh Cường đã giúp đỡ, chỉ dẫn và chia sẻ kinh nghiệm để em hoàn thành được đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, ngày 10/6/1015 Sinh viên thực hiện Nguyễn Đình Việt
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BỘ MƠN TỰ ĐƠNG HĨA CƠNG NGHIỆP -******* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG BĂNG TẢI CHO MỎ THAN CAO SƠN Trưởng môn : TS Trần Trọng Minh Giáo viên hướng dẫn : TS Đỗ Mạnh Cường Sinh viên thực : Nguyễn Đình Việt - 20115834 Lớp : CN ĐK&TĐH - K56 Hà nội, 6-2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HN - CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc - NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Đình Việt Khóa: K56 Khoa/Viện: Viện Điện Số hiệu sinh viên: 20115834 Ngành: ĐK & TĐH Đầu đề thiết kế: Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển giám sát hệ thống băng tải cho mỏ than Cao Sơn Các số liệu ban đầu: + Tìm hiểu chung mỏ than Cao Sơn yêu cầu kỹ thuật cho hệ thống băng tải + Nghiên cứu yêu cầu trang bị điều khiển hệ thống băng tải Nội dung phần thuyết minh tính tốn: + Lựa chọn tính tốn giải pháp cấu hình cho hệ thống điều khiển + Thiết kế xây dựng chương trình điều khiển, giao diện vận hành dùng PLC Các vẽ, đồ thị ( ghi rõ loại kích thước vẽ ): Họ tên cán hướng dẫn: T.s Đỗ Mạnh Cường Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 9/3/2015 Ngày hoàn thành đồ án: 15/6/2015 Ngày tháng năm 2015 Trưởng môn ( Ký, ghi rõ họ, tên) Cán hướng dẫn ( Ký, ghi rõ họ, tên) Sinh viên hoàn thành nộp đồ án tốt nghiệp ngày … tháng … năm 2015 Người duyệt Sinh viên (Ký, ghi rõ họ, tên) (Ký, ghi rõ họ, tên) LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đồ án tốt nghiệp: Tên đề tài em tự thiết kế hướng dẫn thầy giáo TS Đỗ Mạnh Cường Các số liệu kết hoàn toàn với thực tế Để hoàn thành đồ án em sử dụng tài liệu ghi danh mục tài liệu tham khảo không chép hay sử dụng tài liệu khác Nếu phát có chép em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Hà Nội, ngày 15 tháng 06 năm 2015 Sinh viên thực Nguyễn Đình Việt MỤC LỤC LỜI NĨI ĐẦU Cùng với phát triển ngày lớn mạnh ngành kinh tế thời kỳ đổi mới, cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước, ngành khai thác than đá có bước tiến vượt bậc đường phát triển Cùng song song với phát triển phát triển khơng ngừng hệ thống điều khiển tự động để giám sát qui trình khai thác than cách an tồn tiện lợi Sự tiến khoa học kỹ thuật phát triển mạnh mẽ kỹ thuật máy tính, cho đời thiết bị điều khiển số: CNC, PLC… Các thiết bị cho phép khắc phục nhiều nhược điểm hệ thống điều khiển trước đó, đáp ứng yêu cầu kinh tế kỹ thuật sản xuất Sau thời gian học tập, em giao đề tài: “Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển giám sát hệ thống băng tải cho mỏ than Cao Sơn” Trong trình làm đồ án, thân em cố gắng nghiên cứu, tìm hiểu để đạt kết tốt nhất, thời gian kinh nghiệm cịn hạn chế nên cịn nhiều thiếu sót Vì vậy, em mong nhận ý kiến đóng góp nhận xét đánh giá quý báu thầy để đồ án em hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn tận tình chu đáo giáo viên hướng dẫn Ts Đỗ Mạnh Cường giúp đỡ, dẫn chia sẻ kinh nghiệm để em hoàn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, ngày 10/6/1015 Sinh viên thực Nguyễn Đình Việt Chương : Tổng quan Chương TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề Mỏ than Cao Sơn mỏ than lớn vùng than Cẩm Phả Việc phát triển mỏ khơng có ý nghĩa nội mà cịn có ý nghĩa lớn cho vùng, tỉnh đất nước Như ta biết, công việc khai thác than công việc xử lý đất đá thải công nghệ khai thác than đá liền với Để vận chuyển khối lượng lớn than đất đá hệ thống băng tải tối quan trọng Nước ta q trình cơng nghiệp hóa, đại hóa, tự động hóa sản xuất đóng vai trị quan trọng Tự động hóa giúp tăng suất, tăng độ xác, an tồn tăng hiệu q trình sản xuất Nhận biết điều nên việc đầu tư nghiên cứu tự động hóa hệ thống băng tải đặt giải Để thực tự động hóa hệ thống băng tải, bên cạnh máy móc khí hay điện, dây chuyền sản xuất…v.v, cần thiết phải có điều khiển để điều khiển chúng Và PLC giải pháp để điều khiển đáp ứng yêu cầu cách hoàn hảo 1.2 Mục tiêu đề tài Nhận biết tầm quan trọng PLC hệ thống băng tải, đề tài chúng em là: “ Nghiên cứu hệ thống điều khiển giám sát hệ thống băng tải cho mỏ than Cao Sơn” Mục tiêu đề tài: • Hiểu yêu cầu cơng nghệ hệ thống băng tải • Tìm hiểu PLC AC800M ABB • Nghiên cứu phần mềm: Compact Control Builder, Soft Controller, Plant Explorer để thiết kế hệ thống điều khiển giám sát hệ thống băng tải • Nghiên cứu tham gia lắp ráp phần cứng tủ điều khiển PLC ABB AC800M : Module, Controler, truyền thông… 1.3 Giới hạn hạn chế đề tài Chương : Tổng quan Hệ thống băng tải mỏ than Cao Sơn dài, chia làm nhiều băng tải với độ dài khác nhau, với điều kiện thời gian kinh nghiệm hạn chế nên chúng em cố gắng nghiên cứu thiết kế điều khiển giám sát cho băng tải, băng tải lại chưa đề cập khác độ dài u cầu cơng nghệ điều khiển tương tự băng tải Để thiết kế phần cứng thực tế mô cần khoảng thời gian dài kinh phí lớn, nên đề tài chúng em dừng lại việc lập trình mô băng tải giao diện HMI Mong thầy châm trước cho thiếu sót Chương 2: Nghiên cứu thiết bị hệ thống điều khiển thiết bị trường Chương NGHIÊN CỨU CÁC THIẾT BỊ CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ CÁC THIẾT BỊ HIỆN TRƯỜNG CỦA HỆ THỐNG BĂNG TẢI 2.1 Giới thiệu hệ thống băng tải Cao Sơn Tổng quan mỏ than Cao Sơn: Giới thiệu mỏ than Cao Sơn: + Vị trí địa lý: Mỏ than Cao Sơn đánh giá mỏ than lộ thiên có trữ lượng khai thác lớn nước Có diện tích khai thác 10km2 , độ cao 420m so với mặt nước biển Gồm có khu vực: Cao Sơn Khe Chàm Có trữ lượng 71 triệu Tiếp giáp: Mỏ than Thống Nhất, Khai trường cọc 6, khai trường Đèo Nai + Về vị trí kinh tế: Mỏ than Cao Sơn mỏ có trữ lượng lớn nằm vị trí thuận lợi trung tâm vấn đề vận chuyển Mỏ có hai đường vận chuyển chính: Đường sắt: Chở than đến cơng ty than Cửa Ơng Đường tơ chở than đến điểm + Đơn vị khai thác: Công ty cổ phần than Cao Sơn Tiền thân Xí nghiệp xây dựng mỏ than Cao Sơn, thành lập năm 1974 vào sản xuất năm 1977 Sau 40 năm, từ núi cao này, công ty khai thác 54,17 triệu than; bốc xúc vận chuyển 450 triệu m3 đất đá đạt nhiều thành tựu quan trọng khác Qui trình cơng nghệ sản xuất công ty: Chương 2: Nghiên cứu thiết bị hệ thống điều khiển thiết bị trường Hình 2.1 Sơ đồ cơng nghệ khai thác than + Khoan nổ mìn để phá vỡ lớp đất đá: Dùng máy khoan thành hố, đặt thuốc nổ mìn nổ làm tung lớp đất đá bên ngồi vỉa than + Bốc xúc đất đá: Dùng máy xúc để bốc xúc đất đá thải than nguyên khai lên ô tô vận tải cỡ lớn + Xúc than: dùng loại máy xúc than khai thác vỉa than tận thu trụ vỉa +Sàng than: sử dụng hệ thống sàng rung, sàng xoắn tương đối đại bao gồm hệ thống đặt khu vực với nhiện vụ khâu sàng phân loại theo chủng loại than khác phù hợp với nhu cầu tiêu thụ + Bốc rót than: gồm rót than qua máng ga để kéo tiêu thụ than Cửa Ơng rót than Cảng giao cho nơi tiêu thụ, khách hàng khác hộ giấy, nhiệt điện, đạm, xi măng… Bảng 2.1 Thống kê số lượng than đá thải trình khai thác than TT Năm khai thác Tên tiêu Chương 3: Thiết kế xây dựng chương trình điều khiển, giao diện vận hành dùng PLC Nháy phải vào Graphic Element vừa tạo chọn Edit để vào chỉnh sửa giao diện cho đối tượng Giao diện Process Graphic Editor khởi động Yêu cầu giao diện phải có nút ấn để người sử dụng điều khiển còi đèn cảnh báo -> tạo nút nhấn cho còi đèn Sử dụng công cụ Tool Boxes vẽ đối tượng Các cơng cụ lấy có danh sách box Items Để chỉnh sửa đặc tính đối tượng dao diện, nhấn vào đối tượng sửa Box properties Nhấp vào biểu tượng đặc tính để thay đổi thơng số cho đặc tính Vd: để thay đổi màu cho đèn để trạng thái bật, đèn màu vàng trạng thái tắt đèn màu xám Nhấn vào biểu tượng thẻ BackgroundBrush để cài đặt Vào thẻ Process Data/properties Chọn đến đối tượng cần điều khiển/ tín hiệu / value tín hiệu Ở hình : feedback_light:Value giá trị tín hiệu phản hồi đèn xem có bật khơng 65 Chương 3: Thiết kế xây dựng chương trình điều khiển, giao diện vận hành dùng PLC Sau đánh lệnh: if feedback_light:Value = True then Yellow else Gray vào ô ContextTyperhelp -> OK Lưu lại thiết lập trước tắt process graphic editor Giao diện sau thiết kế có dạng sau: 66 Chương 3: Thiết kế xây dựng chương trình điều khiển, giao diện vận hành dùng PLC Hình 3.31: Giao diện thiết kế đơn giản băng tải 67 Chương 4: Nghiên cứu tủ điện hệ thống điều khiển Chương NGHIÊN CỨU TỦ ĐIỆN CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 4.1 Các linh kiện điều khiển ABB SD831: Power supply module( Mô-đun cấp nguồn) Input a.c : 100-240V or DC: 110-300V Out put d.c : 24V – 3A Số lượng: Hình 4.1 : Bộ nguồn SD831 AC 800M : Controller ( Bộ điều khiển) Số lượng: 68 Chương 4: Nghiên cứu tủ điện hệ thống điều khiển Hình 4.2 : Bộ Controller PM861A TU 847: Module Termination Unit ( Mô đun ghép nối đầu cuối) Số lượng: cái: Module Termination Unit for dual CI840, non redundant I/O CI 840A-EA: Fieldbus Communication Interface for PROFIBUS-DPV1 for redundancy configuration (Giao diện truyền thông): Gồm 16 channels, common return, 24V d.c., current sink, extended diagnostics Power supply 24 V (19.2 - 30 V d.c.) Rated isolation voltage 50 V Số lượng: TU 841 Module Termination Unit for redundant TB840/TB840A, non-redundant I/O ( Mô đun ghép nối đầu cuối dùng để ghép kênh mô đun quang TB840) Số lượng: 69 Chương 4: Nghiên cứu tủ điện hệ thống điều khiển Hình 4.3: Truyền thông Profibus TU 841 CI854A: PROFIBUS DP-V1 (PA via Linking Device) PROFIBUS DP: Là giao diện chuẩn để trao đổi liệu trạm điều khiển (dùng PLC, DP master) thiết bị trường (DP slave) Số lượng: 70 Chương 4: Nghiên cứu tủ điện hệ thống điều khiển Hình 4.4: Truyền thông CI 854A TB 840 : ModuleBus Optical(ModuleBus quang) cho cấu hình dự phịng Power supply 24 V (19.2-30 V), Rated isolation voltage : 50 V Số lượng: AO: Analog Output ( Đầu tương tự) Số lượng: DO: Digital Output ( Đầu số) Số lượng: AI: Analog Input (Đầu vào tương tự) Số lượng: 20 DI : Digital Input ( Đầu vào số) Số lượng: 10 71 Chương 4: Nghiên cứu tủ điện hệ thống điều khiển Hình 4.5 : Module I/O 4.2 Tủ điện, thiết bị để đấu nối 4.2.1 Tủ điện Rittal Hình 4.6 : Tủ điện Rittal - Thành lập vào năm 1961, trực thuộc tập đồn cơng nghiệp FRIEDHELM LOH Group có trụ sở đặt Cơng ḥa LB Đức, Rittal bết biết đến Nhà sản xuất vỏ tủ điện thiết bị giải nhiệt hàng đầu giới Với thị trường trải 72 Chương 4: Nghiên cứu tủ điện hệ thống điều khiển rộng 100 quốc gia, sản phẩm Rittal sử dùng nhiều nhà máy công nghiệp Việt Nam giới - Các thơng số kỹ thuật: • Kích thước tủ: Chiều cao 2000mm, Chiều sâu 600mm , Chiều rộng: 800mm • Vật liệu : Thép • Khung tủ: Sơn tĩnh điện theo cơng nghệ Nano • Tấm hơng: Sơn tĩnh điện theo công nghệ Nano, bổ sung thêm l lớp sơn bột bên ngồi • Tấm gland- plate: Mạ kẽm • Cấp bảo vệ IP: IP 54, IP65, IP66 • Có khả ghép liên tục tủ • Có khả chống cháy nổ, chống nước, chống ăn mòn • Chịu đựng môi trường khắc nghiệt (mưa gió, ngồi khơi, dầu khí, mơi trường, vệ sinh thực phẩm, động đất, nhiễu điện từ ) Thiết kế đem lại nhiều lợi ích thực tế: Khung cửa đục lỗ cách khoảng 25 mm để cố định đường ống luồn cáp, kệ bật, ống thắng luồn cáp, Tận dụng chỗ tối đa để luồn cáp, nhờ lót đáy bị ều lần mơđun phụ kiện Nếu có tiết diện luồn cáp góc độ 90° Lắp đặt nội thất đa năng: khung tủ đục lỗ sẵn nấc cách 25mm dễ dàng cho việc lắp đặt liên kết tủ lại với Tấm tủ cố định bu-lơng vịng tháo gỡ Các rãnh hứng mưa vịng ngăn khơng cho bụi chất lỏng đọng lại miếng xi Dễ dàng di chuyển gia tăng tuổi thọ cho tủ thiết bị lắp đặt bên tủ Các thành phần đế/chân cột (phía trước phía sau) kết hợp với dầm (bên hông) dùng đểnối hai đế/chân cột lại với Hai tầng đối xứng để tận dụng tối đa không gian bề dài chiều sâu Tất mặt ghép thêm Bất kể góc, phía trước, phía sau, bên trái hay bên phải cần thiết kếcả bên trên, phương pháp ghép vơ hạn định Lợi ích kinh tế: * Ít tốn chi phí bảo trì, bảo dưỡng * Duy trì tuổi thọ thiết bị tủ * Đảm bảo an toàn lao động cao * Đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh đặc biệt với công nghiệp thực phẩm, chế biến thủy sản * Có nhiều lựa chọn phù hợp theo thiết kế đề 73 Chương 4: Nghiên cứu tủ điện hệ thống điều khiển 4.2.2 Các thiết bị đấu nối + Dây điện + Đầu cos: vật liệu vỏ nhựa, phần kim loại mạ kẽm tăng khả tiếp xúc, kích thước 1; 1,5 ; 2,0… + Máng cáp: Có mục đích dây tủ điện, ngồi mặt thẩm mỹ cịn có tác dụng chống cháy lan truyền.Vật liệu nhựa PVC, có khả chống cháy chậm + Các dụng cụ : Máy cắt ; Khoan lớn, khoan nhỏ ; Cưa sắt ; Kìm cắt dây ; Kìm tuốt dây; Kìm bóp cốt; Búa; … Hình 4.7 : Các thiết bị cắt, tuốt dây bóp cốt 4.3 Sơ đồ tủ điều khiển 74 Chương 4: Nghiên cứu tủ điện hệ thống điều khiển Hình 4.8: Cấu hình dự phịng điều khiển Hình 4.9: Ghép nối I/O qua Module truyền thông TB840 75 Chương 4: Nghiên cứu tủ điện hệ thống điều khiển Hình 4.10 : Bản vẽ thiết kế tủ điều khiển 76 Chương 4: Nghiên cứu tủ điện hệ thống điều khiển Hình 4.11 : Tủ điều khiển 77 Kết Luận KẾT LUẬN Với đề tài này, thân em thấy cịn nhiều thiếu sót, cịn nhiều điều cần phải nghiên cứu thêm Sau thời gian thực hành nghiên cứu lý thuyết học kết hợp với thực tế làm việc Cùng với nỗ lực thân bảo tận tình thầy giáo hướng dẫn Ts Đỗ Mạnh Cường góp ý bạn bè đến đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển giám sát hệ thống băng tải cho mỏ than Cao Sơn” hoàn thành Bản báo cáo phần thể kết hợp lý thuyết với thực tế để giải vấn đề chuyên môn, nhiên không tránh khỏi hạn chế thiếu sót, mong bảo thầy, góp ý bạn bè đồng nghiệp để báo cáo hoàn thiện Một lần nữa, em xin chân thành cám ơn! Hà Nội, ngày 15 tháng 06 năm 2015 Sinh viên Nguyễn Đình Việt 78 Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hugh Jack, Automating Manufacturing Systems with PLCs, Version 4.7, April 14, 2005 [2] Lâm Tăng Đức - Nguyễn Kim Ánh, Điều khiển Logic & PLC [3] Hoàng Minh Sơn – Mạng truyền thông công nghiệp , Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2006 [4] ControlIT AC 800M Version 2.1, March 2003 [5] IndustrialIT, ControlIT, OperateIT, Registered trademark of ABB Ltd, Switzerland [6] Compact 800 Engineering, Compact Control Builder AC 800M 5.1 [7] http://new.abb.com/control-systems/system-800xa/800xa-dcs/hardware-controllersio/ac800m-controllers truy cập cuối ngày 14/06/2015 [8]http://www09.abb.com/global/scot/scot349.nsf/veritydisplay/e915b89c8996e503c1257 57b0031fcb8/$file/3BSE056248_en_AC_800M_and_S800_I_O_-_Getting_Started.pdf Truy cập cuối ngày 14/06/2015 [9] http://www.caosoncoal.com/web/Default.aspx?cmd=zone&zoneid=177&lang=vi-VN truy cập cuối ngày 14/6/2015 79 ... đề thiết kế: Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển giám sát hệ thống băng tải cho mỏ than Cao Sơn Các số liệu ban đầu: + Tìm hiểu chung mỏ than Cao Sơn yêu cầu kỹ thuật cho hệ thống băng tải. .. HIỆN TRƯỜNG CỦA HỆ THỐNG BĂNG TẢI 2.1 Giới thiệu hệ thống băng tải Cao Sơn Tổng quan mỏ than Cao Sơn: Giới thiệu mỏ than Cao Sơn: + Vị trí địa lý: Mỏ than Cao Sơn đánh giá mỏ than lộ thiên có... hệ thống điều khiển thiết bị trường Hình 2.2 : Sơ đồ tổng quan hệ thống băng tải Cao Sơn 2.2 Các thiết bị hệ thống điều khiển Hệ thống điều khiển Compact HMI 800 cung cấp giải pháp điều khiển mở