Nghiên cứu hệ thống điều khiển công đoạn nghiền liệu cho dây chuyền 2 nhà máy xi măng Hoàng Thạch

Ngày nay lý thuyết điều khiển tự động đã có nhưng bước tiến vượt bậc và được ứng dụng rộng rãi trong các quá trình công nghệ trong các ngành công nghiệp. Trong những ứng dung của lý thuyêt điều khiển vào thực tế, bài toán ổn định lưu lượng liệu cấp cho máy nghiền nguyên liệu trong công nghệ sản xuất xi măng tại nhà máy xi măng Hoàng Thạch là một trong nhưng bài toán điển hình. Việc tìm hiểu một hệ thống cấp liệu này rất phước tap, hơn nữa các tham số của hệ thống lại không biết được, nhưng nhờ vào lý thuyết điều khiển và điều khiển quá trình đã phần nào làm rõ được hoạt động của hệ thống.Nhờ có công cụ của Matlab&Simulink đã giúp chúng em có nhưng cái nhìn trực quan trong việc mô phỏng lại hệ thống cấp liệu máy nghiền. Trong quá trình làm đồ án thì chúng em gặp nhiều khó khăn về tìm hiểu công nghệ, cách thức hoạt động và quá trình điều khiển.Nhờ sự hướng dẫn của thầy hướng dẫn và nỗ lực của nhóm chúng em cũng đã mô phỏng được hệ thống cấp liệu máy nghiền

doc100 trang | Chia sẻ: lylyngoc | Ngày: 22/11/2013 | Lượt xem: 3708 | Lượt tải: 12download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Nghiên cứu hệ thống điều khiển công đoạn nghiền liệu cho dây chuyền 2 nhà máy xi măng Hoàng Thạch, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ủa quạt R2S01 hoặc giảm sức hút của quạt R2S20 hay mở thêm R2R02 nếu không được thì ta phải tiến hành giảm lượng cấp liệu đầu vào của máy nghiền. - Khi lượng liệu quá nhỏ thì ta phải tiến hành ngược lại hoặc tăng lương liệu đầu vào máy nghiền. CHƯƠNG III HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CẤP LIỆU CÔNG ĐOẠN NGHIỀN LIỆU 3.1. Sơ đồ điều khiển hệ thống cấp liệu máy nghiền Lưu đồ điều khiển Đá Vôi Quăng Sắt Đá Sét Bô Xít Betl weigh Betl weigh Đôsimat Đôsimat PIDCON YY PIDCON YY PIDCON YY PIDCON YY R2J06 Máy nghiền XY XY FY FC FY FY FY Hồi Liệu FY Falaphon FRIALH J06F1 M01F1 M01F2 L03Y1 L03Y2 L03Y1 L03Y2 A01Y1 A01Y2 B01Y1 B01Y2 X01X2 X01X1 Hình 3.1 : Lưu đồ điều khiển của hệ thống cấp liệu máy nghiền Falaphon là cảm biến đo độ ồn độ rung của máy nghiền từ đó đưa ra được tín hiệu lưu lượng trong máy nghiền. Tín hiệu này kết hợp với tín hiệu đo lưu lượng của phần liệu hồi lưu qua cân máng R2J06 từ đó đưa ra tín hiệu lưu lượng của phần lưu lượng do hệ thống cân cấp liệu cấp cho máy nghiền.Tín hiệu này qua bộ điều chỉnh lưu lượng đưa trở về bộ điều khiển của hệ thống kiểm tra chất lượng QCX rồi đưa ra hệ số anpha cho từng lượng liệu đá vôi , đá sét, boxit, quặng sắt rồi tiếp tục đựa tới bộ điều khiển PIDCON của từng cân.Sau đó bộ PIDCON của từng cân sẽ đưa ra tín hiệu để điều khiển các hệ thống cân cấp liệu. Ý nghĩa của các bộ điều khiển FA : Cảnh báo lưu lượng FC : Bộ điều chỉnh lưu lượng FI : Bộ chỉ thị lưu lượng FT : Bộ biến đổi lưu lượng FY : Bộ điều chỉnh tỉ lệ FRIALH : Bộ tự ghi và cảnh báo lưu lượng hồi lưu II : Bộ chỉ thị dòng điện SC : Bộ điều chỉnh tốc độ động cơ SI : Bộ chỉ thị tốc độ SAL : Cảnh bảo mức độ an toàn của động cơ QQI : Bộ chỉ thị tổng trọng lượng XA : Cảnh báo thiết bị XY : Rơ le đo độ ồn độ rung WIAL : Bộ báo mức trọng lượng trong két cân 3.2. Cân định lượng Trong hệ thống cấp liệu cho máy nghiền công đoạn nghiền liệu của dây chuyền 2 nhà máy xi măng hoàng thạch thì hệ thống cấp liệu bao gồm 4 cân trong đó 2 cân băng điện tử và 2 cân băng dosimat .Trong đó 2 cân băng điện tử dung để cân đất sét và đá vôi còn 2 cân băng dosimat dùng để cân quặng sắt và boxit .Tuy nhiên về mặt cấu tạo và nguyên lí của 2 loại cân này là giống nhau . 3.2.1. Khái niệm Cân băng định lượng là thiết bị bao gồm các thiết bị ghép nối với nhau mà thành,cân băng định lượng của nhà máy là cân định lượng băng tải,được dung cho hệ thống cân liên tục(liên tục theo chế độ dài hạn và lặp lại).Thực hiện phối liệu một các liên tục theo tỷ lệ yêu cầu công nghệ đặt ra. Trong các nhà máy sản xuất công nghiệp,các dây chuyền sản xuất xi măng,hệ thống cân băng định lượng còn đáp uwng sự ống định về lưu lượng và điều khiển lưu lượng phù hợp với yêu cầu,chính vì nó đóng một vai trò rất quan trọng trong việc phối liệu và hoạch định sản xuất,do đó nó quyết định vào chất lượng sản phẩm, góp phần vòa sự thành công của dây chuyền. Cân băng định lượng trong sản xuất xi măng là cân băng tải ,nó là thiết bị cung cấp kiểu trọng lượng vật liệu được chuyên trở trên băng tải mà tốc độ của nó được điều chỉnh để nhận được lưu lượng vật liệu ứng với giá trị do người vận hành đặt trước. 3.2.2.Cấu tạo cân băng định lượng,và nguyên lí hoạt động. Hình 3.2 :Sơ đồ cấu tạo của cân băng Cấu tạo của cân băng định lượng gồm các phân sau: 1: Phễu cấp liệu 2: Cảm biến trọng lượng (Load Cell). 3: Băng truyền. 4: Tang bị động. 5: Bulông cơ khí. 6: Tang chủ động. 7: Hộp số. 8: SenSor đo tốc độ. 9: Động cơ không đống bộ (được nối với biến tần) 10: Cảm biến vị trí Nguyên lí hoạt động của cân băng định lượng Khi vật liệu được chuyên chở trên băng nó sẽ gây ra một lực F tác động lên bề mặt băng. Băng tải di chuyển với vận tốc V trên các con lăn tải. Truyền động kéo cân băng định lượng nhờ hai tang trống, trong đó một tang trống chủ động nối với trục động cơ. Tang bị động được gắn với hệ thống đối trọng để khắc phục hiện tượng trượt giữa tang trống và băng tải. Để tính trọng lượng vật liệu trên băng, ở đây sử dụng một cảm biến trọng lượng là tế bào cân (loadcell). Trọng lượng của vật liệu trên 1m chiều dài băng tải trên giá cân truyền vào tế bào cân. Đồng thời tốc độ của băng tải được đo bằng máy phát tốc (điện áp đưa ra từ máy phát tốc tỷ lệ với tốc độ băng tải). Điện áp này cung cấp cho cầu đo trong tế bào cân. Như vậy tín hiệu lấy ra từ đường chéo cầu cân cho biết lưu lượng liệu trên băng. 3.2.3 Tế bào cân trọng lượng(Loadcell) Là thiết bị đo trọng lượng trọng hệ thống cân nó có cấu tạo gồm các bộ chuyển đổi đo và .Có 2 loại chuyển đổi đo là SFT(Smat Foree Tran Sduer) và tế bào cân Tenzomet Chuyển đổi đo SFT Đầu đo trọng lượng là nơi đặt tải cần đo, nó truyền lực tác động trực tiếp của tải lên một đây dẫn đặt trong từ trường không đổi. Nó làm thay đổi sức căng của dây dẫn nên dây dẫn bị dao động (bị rung). Sự dao động của dây dẫn trong từ trường sinh ra sức điện động cảm ứng. Sức điện động này có tác động chặt chẽ lên tải trọng đặt trên đầu đo. Đầu cảm biến nhiệt độ xác định nhiệt độ của môi trường để thực hiện việc chỉnh định vì các phần tử SFT phụ thuộc vào rất nhiều vòng nhiệt độ. Bộ chuyển đổi : Chuyển đổi các tín hiệu đo lường từ đầu đo thành dạng tín hiệu số. Bộ xử lý : Xử lý tất cả các tín hiệu thu được và các tín hiệu ra bên ngoài theo phương thức truyền tin nối tiếp Chuyển đổi đo TOZENMET Nguyên lý tế bào cân Tenzomet dựa theo nguyên lý cầu điện trở, trong đó giá trị điện trở của các nhánh cầu thay đổi bởi ngoại lực tác động lên cầu. Do đó nếu có một nguồn cung cấp không đổi (UN=const) thì hai đường chéo kia của cầu ta thu được tín hiệu thay đổi theo tải trọng đặt lên cầu. Khi cầu cân bằng thì điện áp ra Ur=0. Khi cầu điện trở thay đổi với giá trị ΔR thì điện áp ra sẽ thay đổi, lúc này điện áp ra được tính theo công thức. ΔR Ur=UN * R Trong đó: UN - điện áp nguồn cấp cho đầu đo Ur - điện áp ra của đầu đo ΔR - lượng điện trở thay đổi bởi lực kéo trên đầu đo R - giá trị điện trở ban đầu của mỗi nhánh cầu.với R tỷ lệ với khối lượng vật liệu trên băng cân thì thấy tín hiệu Ura là khuyếch đại nên sau đó gửi tín hiệu này qua biến đổi A/D vào bộ điều khiển để xử lý. Giả sử cấp cho đầu vào cầu cân một điện áp là UN=10v thì cứ 100kg vật liệu trên băng LoadCell sẽ chuyển thành 2mv/v tương ứng. Lúc này, điện áp ra của cầu cân sẽ là Ura=20mv 3.2.4.Nguyên lí tính lưu lượng Cân băng định lượng (cân băng tải) là thiết bị cung cấp liệu kiểu trọng lượng.Vật liệu được chuyên trở trên băng tải, mà tốc độ của băng tải được điều chỉnh để nhận được lưu lượng đặt trước khi có nhiều tác động liên hệ(liệu không xuống đều). Cầu cân về cơ bản bao gồm : Một cảm biến trọng lượng (LoadCell) gắn trên giá mang nhiều con lăn. Trọng lượng của vật liệu trên băng được bốn cảm biến trọng lượng (LoadCell) chuyển đổi thành tín hiệu điện đưa về bộ xử lý để tính toán lưu lượng. Để xác định lưu lượng vật liệu chuyển tới nơi đổ liệu thì phải xác định đồng thời vận tốc của băng tải và trọng lượng của vật liệu trên 1 đơn vị chiều dài. Trong đó tốc độ của băng tải được đo bằng cảm biến tốc độ có liên hệ động học với động cơ. Tốc độ băng tải V (m/s) là tốc độ của vật liệu được truyền tải. Tải của băng truyềnlà trọng lượng vật liệu được truyền tải trên một đơn vị chiều dài ∂ (kg/m). Cân băng tải có bộ phận đo trọng lượng để đo ∂ và bộ điều khiển để điều chỉnh tốc độ băng tải sao cho điểm đổ liệu, lưu lượng dòng chảy liệu bằng giá trị đặt do người vận hành đặt trước.Bộ điều khiển đo tải trọng trên băng truyền và điều chỉnh tốc độ băng đảm bảo lưu lượng không đổi ở điểm đổ liệu. Q = ƍ * V Trọng lượng tổng trên băng là lực Fc(N) được đo bởi hệ thống cân trọng lượng và ∂, được tính theo biểu thức: ƍ= Trong đó : L - chiều dài của cầu cân g - gia tốc trọng trường (g=9,8 m/s2) Lực hiệu dụng Fm(N) do trọng lượng của vật liệu trên băng tải gây nên: Fm =Fc – F0 Trong đó : F0 – là lực đo trọng lượng của băng tải cả con lăn và giá đỡ cầu cân. Tải trọng trên băng truyền có thể tính là: ƍ = S * γ Trong đó : γ - khối lượng riêng của vật liệu (kg/m3) S - tiết diện cắt ngang của vật liệu trên băng (m2) Do đó lưu lượng có thể tính là: 3.2.5. Đo trọng lượng liệu trên băng tải: Trọng lượng đo nhờ tín hiệu của LoadCell bao gồm trọng lượng của băng tải và trọng lượng vật liệu trên băng. Vì vậy để đo được trọng lượng của liệu thì ta phải tiến hành trừ bì (tức là trừ đi trọng lượng của băng tải ). Bộ điều khiển xác định trọng lượng của liệu nhờ trừ bì tự động các phân đoạn băng tải. Nguyên lý của quá trình trừ bì như sau : Băng tải phải được chia thành các phân đoạn xác định. Trong lúc trừ bì băng tải rỗng (không có liệu trên băng) trọng lượng của mỗi đoạn băng được ghi vào bộ nhớ. Khi vận hành bình thường cân băng tải trọng lượng của mỗi vật liệu trên mỗi phân đoạn được xác định bằng cách lấy trọng lượng đo được trên đoạn đó trừ đi trọng lượng băng tải tương ứng đã ghi trong bộ nhớ. Điều này đảm bảo cân chính xác trọng lượng liệu ngay cả khi dùng băng tải có độ dày không đều trên chiều dài của nó. Việc điều chỉnh trọng lượng cần phải thực hiện đồng bộ với vị trí của băng (belt index được gắn trên băng) mới bắt đầu thực hiện trừ bì. Khi ngừng cân vị trí của băng tải được giữ lại trong bộ nhớ do đó ở lần khởi động tiếp theo việc trừ bì được thực hiện ngay. 3.2.6. Khái quát về điều chỉnh cấp liệu cho cân băng Việc điều chỉnh cấp liệu cho băng cân định lượng chính là điều chỉnh lưu lượng liệu cấp cho băng cân. *Thực hiện bằng 3 phương pháp: - Phương pháp 1: Điều chỉnh cấp liệu kiểu trôi Phương pháp này điều chỉnh cấp liệu bằng tín hiệu của sensơr cấp liệu kiểu trôi để điều khiển 5 thiết bị cấp liệu. Vị trí của sensơr cấp liệu theo kiểu trôi được đặt ở phía cuối của ống liệu. - Phương pháp 2: Điều chỉnh cấp liệu liên tục. Phương pháp này điều chỉnh cấp liệu liên tục cho băng cân định lượng sử dụng bộ điều chỉnh PID để điều chỉnh cấp liệu (có thể là van cấp liệu hoặc van quay) để đảm bảo cho lượng tải trên một đơn vị chiều dài băng tải là không đổi. Bộ PID có tác dụng điều chỉnh nếu lưu lượng thể tích của liệu trên băng thay đổi theo phạm vi ±15% và bộ PID chỉ hoạt động sau khi băng đã hoạt động. * Nhận xét 2 phương pháp trên: Hai phương pháp trên điều chỉnh cấp liệu khác hẳn nhau về bản chất. Xét về độ chính xác điều chỉnh thì phương pháp 2 hơn hẳn phương pháp 1, thời gian điều chỉnh nhỏ, thiết bị cấp liệu làm việc ổn định không bị ngắt quãng, nhưng phạm vi điều chỉnh không rộng. Phương pháp 1 đơn giản hơn, phạm vi điều khiển rộng hơn và có thể dược đặt bởi người sử dụng, nhưng trong phạm vi điều chỉnh thiết bị phải làm việc gián đoạn thì ảnh hưởng không tốt đến tuổi thọ của thiết bị. - Phương pháp 3: Điều chỉnh mức vật liệu trong ngăn xếp: Phương pháp điều chỉnh mức liệu trong ngăn xếp có thể coi là sự kết hợp của 2phương pháp trên : phương pháp điều chỉnh gián đoạn và điều chỉnh liên tục. Phương pháp này tận dụng những ưu điểm và khắc phục nhưng nhược điểm của 2 phương pháp trên và được thiết kế đặc biệt cho các băng cân định lượng. 3.2.7 .Sơ đồ khối cấu trúc của hệ cân định lượng Hình 3.3 : Sơ đồ cấu trúc của cân định lượng Trong đó : Động cơ sử dụng là động cơ không đồng bộ ba pha rô to lồng sóc, tốc độ của động cơ đo được nhờ sensơr đo tốc độ (máy fát xung). Số xung phát ra từ máy phát xung tỷ lệ với tốc độ động cơ và được đưa về bộ điều khiển. Bộ điều khiển (dùng vi xử lý) điều chỉnh tốc độ của băng tải và lưu lượng liệu ở điểm đổ liệu sao cho tương ứng với giá trị đặt. Bộ cảm biến trọng lượng (LoadCell) biến đổi trọng lượng nhận được trên băng thành tín hiệu điện đưa về bộ khuyếch đại. Điều chỉnh tốc độ của động cơ bằng cách điều chỉnh tần số cấp nguồn cho động cơ. Chức năng của bộ điều chỉnh Bộ điều chỉnh đóng vai trò quan trọng trong hệ thống cân băng định lượng, nó có hai chức năng chính sau: - Nhận tín hiệu trọng lượng từ bộ khuếch đại và tín hiệu tốc độ từ máy phát xungtruyền về để tính lưu lượng. - So sánh lượng đặt: So sánh lưu lượng đặt với lượng thực nhận được từ bộ khuếch đại và máy phát xung. Từ đó tính được sai lệch giữa lượng đặt và lượng thực và tạo hàm điều khiển. A D Xung D Tính Toán D A Q đặt Xung 0 ÷ 10 3.3.Cân máng đo liệu hồi lưu R2J06 Loại cân này sử dụng nguyên lý đo động lượng của dòng bột liệu tự chảy qua mặt cong của máng cân được lắp đặt nghiêng so với phương thẳng đứng, vì vậy nó phụ thuộc nhiều vào đặc tính biến động của bột liệu, hơn nữa máng cân kiểu cong cho nên sự tồn đọng của bột liệu trên máng cân nhiều và không ổn định cũng là một trong các nguyên nhân làm mất ổn định của cân trong quá trình cấp liệu. R2J06 có đặc điểm : Cơ cấu để điều chỉnh lưu lượng dòng bột liệu chỉ có một đối tượng điều chỉnh, băng cách thay đổi góc mở của Valve cấp liệu. Vì vậy đường cong cấp liệu có biên độ sai lệch lớn so với giá trị đặt 3.4. Động cơ Động cơ không đồng bộ được sử dụng rất rộng rãi, trong thực tế do kết cấu đơn giản, làm viêc chắc chắn hiệu suất cao, giá thành hạ nên động cơ không đồng bộ đựơc sử dụng rộng rãi nhất trong ngành kinh tế quốc dân với công suất từ vài chục đến hàng nghìn kw. Trong công nghiệp thường dùng máy điện không đồng bộ làm nguồn động lực cho máy cán thép loại vừa và nhỏ, động lực cho các máy công cụ ở các nhà máy công nghiệp nhẹ, . . . Trong hầm mỏ dùng làm máy tời hay quạt gió. Trong nông nghiệp dùng để làm máy bơm hay máy gia công nông sản phẩm. Trong đời sống hàng ngày, động cơ không đồng bộ dần dần chiếm một vị trí quan trọng: quạt gió máy quay đĩa, động cơ trong tủ lạnh, . . . . . tóm lại với sự phát triển của nền điện khí hoá và tự động hoá sinh hoạt hằng ngày, phạm vi sử dụng của động cơ không đồng bộ ngày càng rộng rãi. Nhược điểm của động cơ không đồng bộ là: Hệ số cos thấp, điều chỉnh và khống chế các quá trình quá độ khó khăn, riêng với động cơ rôto lồng sóc có các chỉ tiêu khởi động xấu hơn. Xét về mặt cấu tạo người ta chia động cơ không đồng bộ ra làm hai loại: Động cơ rôto dây quấn và động cơ rôto lồng sóc(còn gọi là rôto ngắn mạch). 3.5.Biến tần 3.5.1.Xây dựng vectơr không gian: Động cơ xoay chiều ba pha dù là động cơ đồng bộ hay không đồng bộ, đều có ba cuộn dây stato với dòng điện ba pha, bố trí không gian tổng quát như hình vẽ Hình 3.4 :Sơ đồ cuộn dây và dòng stato của động cơ xoay chiều 3 pha. Trong hình vẽ ta không quan tâm đến việc động cơ đấu hình sao hay tam giác, ba dòng điện istt(t), isv(t), isw(t) là ba dòng chạy từ lưới qua đầu nối vào động cơ. Khi chạy động cơ bằng biến tần, đó là ba dòng ở đầu ra của biến tần Ba dòng điện đó thoả mãn phương trình: isu(t) + ist(t) +isw(t) = 0 ( 5-1) Trong đó từng dòng điện pha thoả mãn các công thức: isu(t) = isv(t) = (5-2) Về phương diện mặt phẳng cơ học ( mặt cắt ngang), động cơ xoay chiều ba pha có ba cuộn dây lệch nhau một góc 120o . Nếu trên mặt cắt đó ta thiết lập một hệ toạ độ phức với trục thực đi qua trục cuộn dây u của động cơ, ta có thể xây dựng vector không gian sau đây. (5-3) Theo công thức (1.3) vector is(t) là một vector có modul không đổi quay trên mặt phẳng phức với tốc độ góc và tạo với trục thực (đi qua trục cuộn dây pha u ) một góc . Trong đó fs là tần số mạch stato. Việc xây dựng vector is(t) được mô tả trong hình sau: Im V WV UWV Re Hình 3.5 :Thiết lập vector không gian từ các đại lượng pha Qua hình 3.5 ta thấy dòng điện của từng pha chính là hình chiếu của vector mới thu được trên trục của cuộn đây pha tương ứng. Đối với các đại lượng khác của động cơ như: điện áp, dòng rotor, từ thông stator, từ thông rotor ta đều có thể xây dựng vector không gian tương ứng như đối với dòng điện kể trên. Mặt phẳng phức có trục thực là a và trục ảo là b. Hình chiếu của vector dòng is xuống hai trục thực và ảo là isa và isb như hình (3.6) 1200 isw 1200 1200 Cuôn dây Pha U Cuôn dây Pha U Cuôn dây Pha U Hình 3.6 :Biểu diễn dòng điện Stato dưới dạng vector không gian với các phần tử là isa và isb thuộc hệ tọa độ stato cố định Ta thấy rằng hai dòng điện kể trên là hai dòng hình sin. Như trong lý thuyết máy điện đã đề cập, ta có thể hình dung ra một động cơ điện tương ứng với hai cuộn dây cố định a và b thay thế cho ba cuộn u, v, w. Hệ toạ độ nói trên là hệ toạ độ stator cố định. Trên cơ sở công thức (5.1) và theo điều kiện điểm trung tính của ba cuộn dây stator không nối đất ta chỉ đo 2 trong 3 dòng điện stator là đầy đủ thông tin về vector is(t) với các thành phần trong công thức (5.1). Công thức (5.1) chỉ dùng khi trục của cuộn dây pha u được chọn làm trục quy chiếu chuẩn như trong hình vẽ 3.6. Điều này có ý nghĩa trong toàn bộ quá trình xây dựng hệ thống điều khiển điều chỉnh sau này. isa = isu (5-4a) 3.5.2. Điều khiển biến tần trên cơ sở phương pháp điều chế vector không gian: Mạch động lực của biến tần : D1 D2 D4 T1 T3 D3 D5 T5 D1 D1 T4 D1 T6 D6 T2 D2 220V L C (I) (II) (III) M Hình 3.7 :Sơ đồ động lực điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha rô to lồng sóc bằng biến tần + Khâu (I) là khâu chỉnh lưu không điều khiển cầu 3 pha biến đổi nguồn xoay chiều thành nguồn một chiều cung cấp cho nghịch lưu. + Khâu (II) là khâu trung gian (bộ lọc) giữ cho E= Const. + khâu (III) là khâu nghịch lưu biến đổi nguồn một chiều thành nguồn xoay chiều cung cấp cho động cơ. Hình 3.8 cho ta thấy sơ đồ nguyên lý của động cơ xoay chiều ba pha nuôi bởi biến tần dùng van bán dẫn. Thông thường các đôi van được vi xử lý/ vi tính điều khiển sao cho điện áp xoay chiều ba pha với biên độ cho trước được đặt lên ba cực của động cơ đúng theo yêu cầu. Biến tần được nuôi bởi điện áp một chiều Umc. Biến tần được đề cập trong đề tài này hoạt động theo kiểu cắt xung với tần số cao, các van bán dẫn ở đây chủ yếu dùng Transistor ( IGBT, MOSFET). Sơ đồ điều khiển biến tần: Hình 3.8 :Sơ đồ nguyên lý của động cơ không đồng bộ ba pha nuôi bởi biến tần nguồn áp được điều khiển theo phương pháp điều chế vector không gian Mỗi pha của động cơ có thể nhận một trong hai trạng thái: 1 (nối với cực dương của Umc) hoặc 0 (nối với cực âm của Umc ). Do có ba pha (ba cặp van bán dẫn nên sẽ tồn tại 23 = 8 khả năng nối các pha của động cơ với Umc như trong bảng sau : Bảng 1: Các khả năng nối pha động cơ với Umc : Cuộn dây pha 0 1 2 3 4 5 6 7 Pha u 0 1 1 0 0 0 1 1 Pha v 0 0 1 1 1 0 0 1 Pha w 0 0 0 0 1 1 1 1 Xét một trong tám khả năng đó, ví dụ khả năng thứ tự của bảng 1 với sơ đồ nối trong hình 3.9a. Ta dễ dàng tính được điện áp rơi trên từng cuộn dây pha u,v hoặc w. Bố trí hình học của ba cuộn dây pha trên mặt phẳng, ta thấy rằng tổ hợp thứ 4 đó tương đương với trường hợp ta áp đặt lên ba cụôn dây pha vactor điện áp Us với modul 2Umc/3 như trong hình 3.9b. Để tìm điên áp thực sự rơi trên từng pha ta chỉ việc tìm hình chiếu của vector Us lên trục của cuộn dây. Hình 3.9 a) Sơ đồ nối ba cuộn dây pha theo khả năng thứ 4 của bảng 1 Hình 3.9 b) Vector không gian ứng với khả năng thứ 4 của bảng 1 Tương tự khả năng thứ tự, ta dể dàng xây dựng được vector điện áp tương ứng cho tất cả các trường hợp còn lại . Các vector chuẩn đó được đánh số u0, u1.....,u7 hệ số thứ tự của bảng. Ở đây có hai trường hợp đặc biệt: u0 cả ba cuộn dây pha nối với cực âm u7 cả ba cuộn dây pha nối với cực dương. Của Umc. Hai vector này có modul bằng 0 và giữ một ý nghĩa rất quan trọng sau này. S2 S1 U3 U2 U4 U5 U6 S6 S4 S3 S5 Q1 Q2 Q3 Q4 Hình 3.10 :Tám vector chuẩn do ba cặp van bán dẩn của biến tần tạo nên Q1....Q4: các góc phần tư ; S1...S6: các góc phần sáu Hình 3.10 cho ta thấy vị trí của từng vector chuẩn trong hệ tọa độ ab, modul của từng vector luôn có giá trị 2Umc/3. Ngoài quy ước thông thường về các góc phần tư Q1...Q4 phân chia bởi hai trục của hệ tọa độ, các vector chuẩn chia toàn bộ không gian thành các góc phần sáu S1....S6. Chỉ bằng tám vector chuẩn hóa của hình 3.9 , ta phải tạo nên điện áp stator với biên độ góc pha bất kỳ mà khâu điều chế dòng sau này yêu cầu. 3.5.3. Nguyên lý của phương pháp điều chế vector không gian: Để thực hiện một vector điện áp ta xét ví dụ sau đây: Giả sử ta phải thực hiện vector us bất kỳ trên hình 3.8a. Vector đó có thể nằm ở góc phần sáu bất kỳ nào đó, trong ví dụ này us nằm ở S1. us có thể được tách thành tổng của hai vector con up, ut tựa theo hướng của hai vector chuẩn u1, u2 Các số viết thấp bên phải có ý nghĩa như sau: p: vector bên phải t: vector bên trái u1 Thực hiện vector us bất kỳ bằng hai vector điện áp nguồn. Điên áp phải được tính đổi thành thời gian dòng ngắt van trong phạm vi một chu kỳ cắt xung nào đó. Giả thiết toàn bộ chu kỳ đó là chu kỳ có ích, được phép dùng để thực hiện vector, khi này modul tối đa cũng không vượt quá 2Umc/3. Do vậy ta có công thức sau: (5-5) Nếu thời gian tối đa (ví dụ chu kỳ trích mẫu ) là T, ta rút ra nhận xét sau: - uslà tổng vector của hai vector biên up, ut: us= up+ ut - Hai vector biên có thể được thực hiện bằng cách thực hiện u1 (cho up) và u2 (cho ut) trong hai khoảng thời gian sau: ; (5-6) Ta đã có mẫu xung cho u1, u2 (bảng 2), vấn đề là phải tính được khoảng thời gian Tp, Tt , từ công thức (5-6) ta rút ra nhận xét sau: để tính được Tp, Tt ta phải biết modul của các vector biên phải :up , biên trái ut . Thời gian thực hiện các vector bên phải Tp và bên trái Tt , vậy trong khoảng thời gian còn lại T-(Tp+Tt ), biến tần thực hiện một trong hai vector có modul bằng không u0 hoặc u7. bằng cách đó trên thực tế ta đã thực hiện phép cộng vector sau: us= up + ut + u0(u7) = (5-7) Ta phải thực hiện trình tự ba vector u1, u2, u0(u7), để làm sáng tỏ hơn ta tách riêng mẫu xung của bốn vector kể trên ra khỏi bảng 1 như trên: Bảng 2 u0 u1 u2 u7 u 0 1 1 1 v 0 0 1 1 w 0 0 0 1 Thông qua bảng 2 ta có ngay nhận xét: Trình tự sẽ là có lợi nhất, nếu trong pham vi một chu kỳ các cặp van ít phải chuyển mạch nhất. Cụ thể ở đây, mỗi cặp sẽ chỉ chuyển mạch một lần. Nếu như trạng thái cuối cùng là u0, trình tự thực hiện sẽ là : u1 u2 u7 Ngược lại nếu trạng thái cuối cùng là u7, trình tự thực hiện sẽ là: u2 u1 u0 Bằng phương thức thực hiện điện áp (có thể gọi là tạo xung kích thích ) như vậy, ta sẽ gây tổn hao dòng ngắt các van của biến tần ở mức ít nhất. Nếu ta vẽ ghép tượng trưng hai chu kỳ nối tiếp nhau thuộc góc phần sáu thứ nhất S1 , ta thu được hình ảnh quen thuộc của phương pháp điều chế bề rộng xung thực hiện bằng kỹ thuật tương tự (analog). Hình 3.11 :Biểu đồ xung của vector điện áp thuộc góc phần sáu thứ nhất S1. Tới đây ta đã làm quen với quá trình thực hiện vector điện áp ở bất kỳ trong phạm vi S1. trong tất cả các góc phần sáu còn lại S2.....S6, cách thực hiện là giống hệt S1. Hình vẽ sau giới thiệu khái quát biểu đồ xung của các góc phần sáu đó . Biểu đồ xung kích thích thuộc S2 Biểu đồ xung kích thích thuộc S3 Biểu đồ xung kích thích thuộc S4 Biểu đồ xung kích thích thuộc S5 Biểu đồ xung kích thích thuộc S6 Hình 3.12:Giản đồ xung của các góc phần 6 3.6.Tổng hợp bộ điều chỉnh lưu lượng Đối Tượng Nhận được kết quả so sánh từ bộ điều khiển biến tần sẽ điều khiển quay động cơ với tốc độ góc là ω, khi đó lưu lượng trên băng sẽ là tích số của trọng lượng liệu trên một đơn vị chiều dài với tốc độ dài của băng. Lưu lượng tức thời trên từng phân đoạn của băng sẽ được gửi về bộ điều khiển để xác định lượng liệu trung bình trên băng bằng cách lấy tích phân lượng liệu tức thời: Từ đó xác định được lưu lượng thực trên băng và so sánh với lượng đặt do người vận hành đặt trước. Ta có sơ đồ hệ thống như sau: U- Trong đó: là tổng hợp của vòng điều chỉnh tốc độ của khối biến tần động cơ Từ đó ta có vòng điều chỉnh lưu lượng là - + Tuy nhiên trong hệ thống cấp liệu cho máy nghiền có 2 cân dosimat và 2 cân băng điện từ tuy về nguyên lí là giống nhau nhưng đối với cân băng đá sét thì chức năng điều khiển khác vì ở đây không điều khiển tốc độ của băng mà chỉ điều chỉnh gầu xúc sao cho lượng liệu được xúc lên băng được duy trì không đổi. Chính vì thế đối tượng điều khiển của bộ điều khiển lưu lượng cân đá xét có cấu trúc như sau: Trong đó : t là thời gian trễ vì điểm đo liệu cách cầu xúc 1 khoảng đường Từ đó ta có được bộ điều chỉnh lưu lượng của cân đá sét như sau: - 3.6.1.Phương pháp tính toán thông số của bộ điều chỉnh lưu lượng Để tính toán thông số của bộ điều chỉnh lưu lượng ta dung phương pháp Tối ưu modul và phương pháp Ziegler & Nichol I Tối ưu modul Nội dung của phương pháp : Lớp mô hình đối tượng phù hợp: - Bài toán chuẩn của phương pháp: + Mô hình đối tượng: + Để thỏa mãn yêu cầu: e∞ = 0 khi w(t) = 1(t) và Gk(jω) tối ưu, ta đề xuất Gđk(s)=KP/(TIs). Hàm truyền hệ kín là: Với K= KP.Kđt Để |Gk (jω)| 1 thì: TI - 2KT= 0 Vậy bộ điều khiển là : với , TI được tùy chọn. Chất lượng đạt được của phương pháp :độ quá điều chỉnh σmax 5% - Để áp dụng phương pháp này với các mô hình đối tượng khác mô hình chuẩn, ta sử dụng phương pháp xấp xỉ mô hình, đưa về bài toán chuẩn. Với > 0 Suy ra với - Với T1> T2 > ….> Tn, ta có: Để đưa về bài toán chuẩn đề xuất cấu trúc bộ điều khiển có dạng PI Các tham số của bộ điều khiển tìm được là : TI = T1 ; - Bù 2 hằng số thời gian lớn nhất T1 và T2: T1, T2 > T3 > ….> Tn ; > 0 Bộ điều khiển PID_MUL: Các tham số của bộ điều khiển tính được là: TD = T2 ; TI = T1; Bộ điều khiển PID_ADD : Các tham số của bộ điều khiển tính được là: ;TI=T1+T2 ; Cách lựa chọn cấu trúc và tham số cho bộ điều khiển dựa trên phương pháp tối ưu mô đun được tổng hợp trong bảng sau: Ziegler & Nichol I Xác định thông số của bộ điều khiển PID dựa vào đáp ứng bậc thang của hệ hở: Điều kiện để sử dụng phương pháp này này là đối tượng phải ổn định không dao động và ít nhất hàm quá độ của nó cũng phải có dạng chữ S nghĩa là phải tồn tại điểm uốn. Khi sử dụng phương pháp này nếu T1 mà quá nhỏ thì hệ kín sẽ không ổn đình, khi đó nên chọn phương pháp tối ưu modul hay hằng số thời gian tổng của Kuhn. Bộ điều khiển PID: Gđk(s) = KP.(1+1/(TI.s)+TDs). Các thông số tra theo bảng sau: Luật điều khiển Kp TI TD Luật P T2/(T1K) ∞ 0 Luật PI 0.9T2/(T1K) T1 /0.3 0 Luật PID 1.2T2/(T1K) 2T1 0.5T2 3.6.2. Tổng hợp bộ điều chỉnh lưu lượng của hệ thống cân cấp liệu và lưu lượng máy nghiền Cân DOSIMAT R2A01 Dùng phương pháp tối ưu modul Wdt= Với Kdt=1.1 và T=8 Dùng bộ điều khiển PI Với =8 và Kdt=1.1 Suy ra bộ điều khiển PI có Kp=0.45 và Ti==8 → =0.45/8=0.05625 Hiệu chỉnh thông số bộ PI bằng cách tăng Kp =1 để cho đáp ứng trở lên nhanh hơn khi đó = 1/8=0.125 Ta được đường đặc tính như sau: Nhận xét: Đáp ứng đầu ra của vòng điều khiển được thiết kế bằng phương pháp tối ưu môdul có thời gian quá độ là khoảng 20s và không có quá độ điều chỉnh.Bộ điều khiển đạt yêu cầu Cân DOSIMAT R2B01 Dùng phương pháp tối ưu modul Wdt= Với Kdt=1.2 và T=9 Dùng bộ điều khiển PI Với =9 và Kdt=1.2 Suy ra bộ điều khiển PI có Kp=0.42 và Ti==9 → =0.42/9=0.0467 Hiệu chỉnh thông số bộ PI bằng cách tăng Kp =1 để cho đáp ứng trở lên nhanh hơn khi đó =1/9=1.11 Ta được đường đặc tính như sau: Nhận xét: Đáp ứng đầu ra của vòng điều khiển được thiết kế bằng phương pháp tối ưu môdul có thời gian quá độ là khoảng 25s và không có quá độ điều chỉnh.Bộ điều khiển đạt yêu cầu Cân Đá Vôi Dùng phương pháp tối ưu modul Wdt= Với Kdt=1.5 và T=15 Dùng bộ điều khiển PI Với =18 và Kdt=1.5 Suy ra bộ điều khiển PI có Kp=0.33 và Ti==18→ =0.33/18=0.0183 Hiệu chỉnh thông số bộ PI bằng cách tăng Kp =1.5 để cho đáp ứng trở lên nhanh hơn khi đó =0.09 Ta được đường đặc tính như sau: Nhận xét: Đáp ứng đầu ra của vòng điều khiển được thiết kế bằng phương pháp tối ưu môdul có thời gian quá độ là khoảng 25s và không có quá độ điều chỉnh.Bộ điều khiển đạt yêu cầu Cân Đá Sét Dùng phương pháp tối ưu modul Wdt= Với Kdt=1.5 T=20 và t=2(s) Dùng bộ điều khiển PI Với =22 và Kdt=1.5 Suy ra bộ điều khiển PI có Kp=0.3 và Ti==22→ =0.3/22=0.013 Hiệu chỉnh thông số bộ PI bằng cách tăng Kp =1.5 để cho đáp ứng trở lên nhanh hơn khi đó =0.075 Ta được đường đặc tính như sau: Nhận xét: Đáp ứng đầu ra của vòng điều khiển được thiết kế bằng phương pháp tối ưu môdul có thời gian quá độ là khoảng 25s và không có quá độ điều chỉnh.Bộ điều khiển đạt yêu cầu Suy ra sơ đồ simulink của bốn cân cấp liệu như sau: Ta được đường đặc tính như sau: Tổng hợp bộ điều khiển lưu lượng máy nghiền Hệ biến tần và máy nghiền có hàm truyền dạng là một khâu quán tính bậc nhất có trễ Wmn= Trong đó: Hệ số khuếch đại Kdt=1.3 Hằng số thời gian T=300 Hằng số thời gian trễ t=30 s Mô hình simulink của đối tượng Đường đặc tính của đối tượng Áp dụng phương pháp Ziegler & Nichol I Ta xác định được từ đồ thị K=1560,T1=60,T2=490 Áp dụng luật điều khiển PI ta có được Kp=0.9T2/(T1K)=0.9x480/(60x1580)=0.0045 Ti=0.3T1=18 Suy ra Ki=Kp/Ti=0.025 Mô hình simulink điều khiển lưu lượng máy nghiền Đường đặt tính của mô hình Nhận xét: Đáp ứng đầu ra của vòng điều khiển được thiết kế bằng phương pháp Ziegler & Nichol I có thời gian quá độ là khoảng 2000s và có thể coi như không có quá độ điều chỉnh vì quá độ nhỏ Bộ điều khiển đạt yêu cầu. CHƯƠNG IV THIẾT KẾ GIAO DIỆN GIÁM SÁT HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CẤP LIỆU MÁY NGHIỀN 4.1 Giới thiệu phần mềm WINCC 4.1.1 Tổng quan về Wincc WinCC (Window control center) là một hệ thống phần mềm điều khiển giám sát công nghiệp, có tính kỹ thuật và hệ thống màn hình hiển thị đồ họa để điều khiển các nhiệm vụ đặt ra trong sản xuất và tự động hóa quá trình. Hệ thống này có chứa những module chức năng tích hợp công nghiệp cho hiển thị đồ họa, thông báo, lưu trữ và báo cáo. Nó là một trình điều khiển mạnh, nhanh chóng cập nhật các hình ảnh của quá trình quan sát, và các chức năng lưu trữ an toàn bảo đảm một tính lợi ích cao. WinCC còn có giao diện mở cho các giải pháp của người dùng. Những giao diện này co thể tích hợp trong những giải pháp tự động hóa phức tạp, các giải pháp cho hệ thống mở. Sự truy cập tới nơi lưu trữ dữ liệu tích hợp bởi các giao diện chuẩn ODBC và SQL. Sự lồng ghép những đối tượng và các văn bản được tích hợp bởi OLE2.0 và OLE Custom Controls (OCX). Những cơ chế này làm cho WinCC là một đối tác dễ hiểu, dễ truyền tải trong môi trường Windows. 4.1.2 Các loại Project trong WinCC Client: được gán cố định cho một server trong multi-user project. Client có thể được sử dụng trong multi-user project hoặc trong một hệ thống phân tán. Multi-client: đối với WinCC V6.0, một multi-client có thể truy cập tối đa 6 server. Server: server của một multi-user project với client và các multi-client. Một đôi redundant server dùng để dự phòng sự cố có thể như một server. a) Single-user Project là một trạm vận hành đơn cuối cùng. Tạo cấu hình, vận hành, cũng như kết nối bus quá trình và lưu trữ dữ liệu của project được thực hiện trong máy tính này. b) Multi-User Project Một Multi-User project có đặc điểm cấu hình điểm nhiều client và một server. Tất cả chúng làm việc trong cùng một project. Tối đa 16 client được truy nhập vào một server. Cấu hình có thể đặt trong server hoặc trong một vài client. Dữ liệu của project là các hình ảnh (picture), các tag, mục lưu trữ dữ trữ trong server và cung cấp cho các client. Server được kết nối với bus quá trình và dữ liệu quá trình được xử lý ở đây. Việc vận hành hệ thống được thực hiện từ các client. c) Multi-Client Project Multi-User Project là một loại project mà có thể truy nhập vào nhiều server. Các server được liên kết có project của riêng chúng. Cấu hình project của server được thực hiện trong server hoặc trong client, cấu hình multi-client. Một multi-client có thể truy nhập tối đa 6 server. Có nghĩa là dữ liệu của 6 server có thể được giám sát và điều khiển trên một màn hình multi-client. 4.1.3 WinCC Explorer Xuất hiện khi khởi động WinCC. Tất cả các phần của WinCC đều được khởi động từ đây. Từ cửa sổ WinCC Explorer có thể truy nhập vào tất cả các thành phần mà một project giao diện người máy cần có cũng như việc xây dựng cấu hình cho các thành phần riêng rẽ đó. WinCC Explorer cung cấp các thông tin về các mục dưới đây: Chức năng của WinCC Explorer Kiến trúc của WinCC Explorer Các editer chuẩn WinCC Explorer gồm tất cả các chức năng quản lý hệ thống của WinCC. Tại đây ta có thể đặt cấu hình (computer,tag…) và khởi động module Run-time. Nhiệm vụ của WinCC Explorer: Tạo một project mới Đặt cấu hình trọn vẹn Gọi và lưu trữ project Quản lý project: mở, lưu, di chuyển và copy Chức năng ấn bản mạng cho nhiều người sử dụng (Client-Server Inviroment) Trình bày (thể hiện) cấu hình dữ liệu Điều khiển và đặt cấu hình cấp bậc cho các picture /kiến trúc hệ thống, chẳng hạn như bằng cách thể hiện cây thư mục Cài đặt thông số tổng thể như ngôn ngữ, hệ thống / đường dẫn người dùng Đặt cấu hình cho vị trí các chức năng đặc biệt của người dùng Lưu trữ các tài liệu phản hồi (feedback documentation) Lập báo cáo trạng thái của hệ thống Chuyển đổi giữa chạy thực và đặt cấu hình Thử các module như mô phỏng khi chạy ( simulation), trợ giúp hoạt động đặt cấu hình dữ liệu, chuyển đổi các picture, thể hiện trạng thái và tạo thông báo Quản lý dữ liệu: cung cấp các hình ảnh quá trình (bộ đệm) với các giá trị của tag theo những cách sau: Theo chu kỳ Chu kỳ với sự thay đổi Một project của WinCC chứa 3 thành phần chính: Computer: Quản lý tất cả các trạm vận hành (WorkStatiion) và trạm chủ (Server) nằm trong project Tag Managerment: Là kh vực quản lý tất cả các kênh, các quan hệ logic, các biến nội (Internal tag), biến ngoài (External tag), biến quá trình (tag process) và các nhóm tag (tag groups) Data type: Chứa các loại dữ liệu được gán cho các tag và kênh khác nhau. 4.1.4 Tag và TagGroup Trong phần mềm WinCC có một khái niệm quan trọng cần phải nắm vững khi xây dựng một hệ thống điều khiển giám sát là khái niệm về Tag và Tag Groups. Tag thực ra là một thành phần trung gian cho việc truy nhập các giá trị quá trình. Trong một project thì Tag chỉ mang một tên duy nhất và một loại dữ liệu duy nhất. Các Tag này được gán bởi các mối quan hệ logic, các mối liên hệ được định rõ bởi kênh phân phối các giá trị quá trình tới các Tag sử dụng tại các điểm nối. WinCC Tags chứa trong một cơ sở dữ liệu của một project rộng. Sau khi chạy WinCC thì tất cả các Tag đều được tải vào và tương ứng với cấu trúc Runtime được dựng lên. Tag Groups được dùng để tổ chức các Tag thành các cấu trúc. Tất cả các Tag đều có thể được tổ chức trong các nhóm Tag nhằm làm tăng sự rõ ràng của project. WinCC Tags mô tả một dạng dữ liệu thành phần duy nhất trong một project và những luật cho phép truy cập dữ liệu này. Nói chung, dữ liệu quản lý phân biệt hai loại Tag: Internal Tag (Tag trong): Là các khối nhớ trong WinCC được phân chia theo chức năng như một PLC thực. Chúng có thể được tính toán và chỉnh sửa trong WinCC và không có địa chỉ trên lớp PLC. External Tag (Tag ngoài): Gán các địa chỉ và kết nối trong các lớp PLC. Trong loại Tag này có một khung đặc biệt được gọi là dữ liệu thô (Raw Data Tag-RDT). Từ một quan điểm chung, dữ liệu thô phù hợp với một dạng khung dữ liệu thông báo trên mức vận chuyển. RDT không hiển thị được trong Graphics Designer, chúng chỉ được sử dụng trong các ứng dụng khác của WinCC như: Tag Logging và Global Scrips. Trong Driver truyền thông “SIMATIC S7 Protocol Suite” có 4 loại RDT: RDT-EVENT: Event Processing RDT-ARCHIV: Action Data Connection RDT-BSEND: Sending/Receiving a data block RDT-S7PDV: Transparent communication 4.1.5 Các trình soạn thảo và đối tượng chuẩn của WinCC 4.1.5.1 Graphic Designer Graphics Designer được sử dụng để tạo ra hình ảnh của quá trình. Nó có đặc điểm sau: Dễ sử dụng, giao diện đơn giản với công cụ và các bảng màu đồ họa Cấu hình sắp xếp hợp lý với các thư viện icon và các đối tượng thích hợp Mở ra giao diện cho các đồ họa quan trọng và cung cấp giao diện OLE 2.0 Hành vi động của các đối tượng ảnh có thể cấu hình được với hỗ trợ từ một trình trợ giúp (Dynamic Wizard) Các liên kết tới các chức năng phụ nhờ cấu hình script mạnh Các liên kết tới các đối tượng đồ họa mà người sử dụng có thể tạo ra Graphics Designer chứa các mục sau: 1. Các bảng và thanh công cụ phục vụ cho thao tác với Graphics Designer : Menu Bar Palette chuẩn Thanh trạng thái Thanh lớp 2. Các Palette để tạo và sửa các đối tượng đồ họa: Palette màu Palette đối tượng Palette kiểu Palette về sắp xếp Palette về phóng to, thu nhỏ hình Palette front 3. Bảng đối tượng Các đối tượng chuẩn (Standard Oject): Baogồm: Đường thẳng, hình đa giác, đường gấp khúc, elip, đường tròn, hình chữ nhật… Các đối tượng thông minh (Smart Object): Gồm các đối tượng nhúng Ứng dụng Window (Application Window): Là những đối tượng thông báo hệ thống (Alarm Logging), lưu trữ hệ thống (Tag Logging), báo cáo hệ thống (Print jobs). Application Window mở ra những cửa sổ ứng dụng và quản lý nó để hiển thị và vận hành Điều khiển nhúng và liên kết đối tượng (OLE control): Sử dụng OLE control để cung cấp các công cụ Window (nút bấm, hộp lựa chọn…). Các thuộc tính của nó được biểu thị trong cửa sổ “Object Properties” và tab “Event”. Trường vào/ra (I/O Field): Sử dụng như một trường vào hoặc ra hoặc cả vào lẫn ra.Các dạng dữ liệu cho phép sử dụng với I/O Field: Bar: Thuộc tính của nó ảnh hưởng đến sự xuất hiện và tính năng của nó. Nó thể hiện các giá trị bằng đồ thị có quan hệ với giới hạn cao, thấp hoặc hoàn toàn chỉ là miêu tả bằng đồ họa phối hợp thể hiện những giá trị với tỷ lệ do người sử dụng định trước. Hiển thị trạng thái (Status Display) Sử dụng để thể hiện bất kỳ con số của những trạng thái khác nhau nào. Cho phép thực hiện hiển thị động bằng cách nối nó với giá trị của tất cả các Tag tương ứng với những trạng thái khác nhau. Danh sách văn bản (Text List): Sử dụng Text List để đưa giá trị cho văn bản. Nó có thể sử dụng như một danh sách vào (vào là danh sách, ra là gia trị) hoặc danh sách ra (vào là giá trị, ra là danh sách) hoặc phối hợp danh sách/văn bản. Dạng số liệu là thập phân, nhị phân hoặc bit dữ liệu đều có thể sử dụng Các đối tượng của Window (Window Object): Nút bấm (Button): Sử dụng để điều khiển sự kiện quá trình. Nó có hai trạng thái ấn xuống và không ấn. Liên kết tới quá trình bằng cách thực hiện các thuộc tính động tương ứng. Hộp thử (Check-Box): Nó được sử dụng khi mà có nhiều sự lựa chọn bằng cách kích lên từng trường hợp mà người sử dụng cần. Cho phép liên kết mềm dẻo với quá trình bằng cách thực hiện những thuộc tính động tương ứng. Nhóm lựa chọn (Option Group): Tương tự như Check –Box nhưng ở đây là lựa chọn đơn. Nút tròn (Round Button): Là một công cụ giống như Button phục vụ cho vận hành sự kiện quá trình. Slider: Là công cụ điển hình chuyển động phục vụ cho điều khiển quá trình. Phạm vi điều chỉnh nằm giữa giá trị nhỏ nhất và giá trị lớn nhất. Có thể thiết lập một sự kiện tới quá trình bằng cách thực hiện những thuộc tính động tương ứng. 4.1.5.2 Tag Logging Tag Logging chứa các hàm để lấy dữ liệu từ các quá trình đã thực hiện và chuẩn bị dữ liệu để hiển thị và lưu trữ. Nó có thể mang lại ý nghĩa công nghệ và kỹ thuật liên qua tới trạng thái vận hành hệ thống. Tag Logging được chia thành: Cấu hình hệ thống (Tag Logging Configuration system/Tag Logging CS): Tất cả các đặc tính cần thiết cho lưu trữ và hiển thị đều được gán dữ liệu bằng “Tag Logging Configuration System”. Những đặc tính này phải được tạo ra và chuẩn bị trước khi khởi động chạy thực hệ thống. Chạy thực hệ thống (Tag Logging Runtime/Tag Logging RT): Chấp nhận dữ liệu đã đặt và liên kết chúng với những đặc tính đã được chỉ định và chuẩn bị cho lưu trữ và hiển thị. Tag Logging có 2 thành phần: Timer Timer thu nhận: Là khoảng thời gian mà các giá trị được Tag Logging copy từ hình ảnh quá trình của bộ quản lý dữ liệu(Data Manager). Timer lưu trữ : Là khoảng thời gian mà dữ liệu được nạp vào vùng lưu trữ. Bộ định thời lưu trữ luôn luôn là một số nguyên lần bộ định thời thu nhận được thiết lập. Archives Lưu trữ dữ liệu quá trình (Process Value Archive) Lưu trữ dạng nén (Compressed Archive) Lưu trữ của người sử dụng (User Archive) Lưu trữ dữ liệu quá trình: Các giá trị của quá trình được thu nhận về môi trường WinCC để xử lý tính toán thông qua các mối liên hệ logic là các Tag quá trình. Mỗi một thành phần lưu trữ nhận các Tag của quản lý dữ liệu. Mỗi liên kết giữa giá trị quá trình và lưu trữ được hình thành khi lưu trữ mà người sử dụng tạo ra được nối với một Tag. Lưu trữ dạng nén: Lưu trữ dạng nay nén dữ liệu và phối hợp các số liệu một cách hiệu quả. Theo cách này các giá trị đo có thể được thu thập trực tiếp và được sao chép ngay sau dó. Loại lưu trữ này cho phép lưu trữ lâu dài tất cả các kiểu Tag khác nhau mà Tag Logging sử dụng. Lưu trữ của người sử dụng: Bất kỳ số lượng Tag do người sử dụng tạo ra đều được nạp vào trong “User Archive”. Vì lí do đó mà người dùng có thể đưa vào phương pháp làm việc hay phương pháp làm việc hay phương pháp thay đổi nào đó sau đó nạp chúng vào trong “User Archive” và nếu cần thiết thì thông qua chúng liên kết với PLC. Ngoài ra lưu trữ của người dùng còn được sử dụng để thu nhận “charge data” (là tổng hợp của các thông báo, dữ liệu quá trình và các giá trị đặt cho mỗi phần sản phẩm). Loại lưu trữ này được tổ chức thành các bảng riêng rẽ trong cơ sở dữ liệu trừ cột đầu tiên của bảng ( có kiến trúc hoàn toàn tự do). Mỗi lưu trữ của người dùng phải có một tên riêng biệt. Truyền thông giữa PLC và WinCC được thực hiện do cấu trúc bức điện phù hợp với quy ước rõ ràng theo kiến trúc của chúng. 4.1.5.3 Report Designer Cung cấp các chức năng cho việc đào tạo và in các báo cáo. Bao gồm: Trình soạn thảo tạo các báo cáo theo trang (Page layout) Trình soạn thảo tạo các báo cáo theo dòng (Line layout) WinCC cung cấp những hộp thoại cho phép lựa chọn cấu hình của dữ liệu được in ra trong báo cáo. Những hộp thoại này được sắp xếp theo nhưng ứng dụng của chúng: Scripts trong Graphics Designer Alarm Logging CS Alarm Logging Runtime WinCC Explorer Global Scripts Tag Logging CS Tag Logging Runtime Text Library User Administrator Đối với việc in báo cáo, bạn phải đặt thời gian in, và môi trường in, hệ thống cung cấp các lựa chọn có thể sau: In được khởi động bởi người sử dụng (Print start by user) Tại một điểm đã được chọn trước (At a preselected time) Chu kỳ in (Cyclic output) In ra màn hình (Output to the screen) In ra một máy In đã được chọn trước (Output to a preselected printer) In vào một file (Output to a file) Output to a page area 4.1.5.4 Alarm –Logging Bộ soạn thảo “Alarm Logging” chịu trách nhiệm nhận và lưu trữ các thông báo (message).Nó có các chức năng để nhận các thông báo từ các quá trình, và để chuẩn bị, hiển thị, chấp nhận và lưu trữ chúng: Alarm Logging được chia thành 2 phần: Hệ thống cấu hình và hệ thống thời gian thực. Nhiệm vụ của hệ thống cấu hình Alarm Logging(ALGCS): sử dụng hệ thống cấu hình Alarm Logging (ALGCS) đểtạo cấu hình các thông báo sao cho chúng đạt được hệ thống trong thời gian thực mà bạn mong muốn. Nhiệm vụ của hệ thống thời gian thực Alarm Logging (ALGRT): nhận thông báo và chấp nhận lời thông báo. Nó chuẩn bị thông báo để hiển thị và lưu trữ 4.2. Xây dựng chương trình giám sát 4.2.1. Tạo dự án Project. Nhấn Start>Simatic>WinCC>WinCC V6.0>File>New>Single user project>Ok Hộp thoại Create a new project xuất hiện đặt tên cho dự án trong khung Project name là DATN 4.2.2. Tạo Tag và Group Tags. Ta thiết lập các biến cho tốc độ quay động cơ của các cân cấp liệu, tốc độ quay của động cơ máy nghiền và lưu lượng của các thành phần (đá sét, đá vôi, quặng sắt, boxit) có kiểu dữ liệu Unsigned 16-bit value Và các biến cảnh báo lưu lượng của các thành phần trên và lưu lượng vào máy nghiền kiểu dữ liêu Unsigned 8-bit value. 4.2.3. Xây dựng màn hình công nghệ. Tạo file hình ảnh Main_Screen Trên cửa sổ Wincc explorer, nhấp chuột phải vào mục Graphics Designer từ cửa sổ menu nhấp chọn New picture bên cửa sổ bên trái xuất hiện file Newpdl0.pdl đổi tên thành Main_Screen bằng cách nhấp chuột phải chọn Rename picture hộp thoại new name xuất hiện và đổi thành Main_Screen. Vào cửa sổ Graphics designer Trên thanh công cụ vào nhấn vào mục View>Library trên hộp thoại Library nhấp đúp vào mục Global Library ta được hình ảnh các thiết bị và chỉ cần nhấp giữ chuột phải và di chuyển ra màn hình giao diện. Tạo nút nhấn:Từ bảng đối tượng Object Palette nhấp dấu cộng chọn Windows Object chọn Button và di chuyển con trỏ ra vị trí cần thiết. Khi thả chuột, hộp thoại Button Configuration xuất hiện.Và chúng ta đặt tên cho nút bấm vào khung mục text. Cũng trên bảng Object Palette chọn Smart chọn I/O –Field để tạo ra ô hiện ra thông số của các đối tượng thiết bị cần giám sát. 4.2.4. Tạo thuộc tính Tag Logging. Trên màn hình wincc explorer >Taglogging.Nhấp chuột phải vào Archives chọn mục Archive Winzard >Next và chọn đến các tag cần biểu diễn trên đồ thị. Tiếp đó ta vào mục Graphics designer tạo màn hình biểu đồ. Lấy biểu đồ bằng cách nhấp vào Object Palette>Smart object>Control>Wincc online trend control>Ok. Sau đó nhấp chuột vào biểu đồ ta được hộp thoại chọn Selection và chọn đường dẫn tới tag cần biểu diễn.Và được màn hình như hình vẽ phần sau. 4.2.5. Tạo thuộc tính Alarm Logging Trên màn hình Wincc explorer>Alarm Logging>Massage block khai báo các thông báo và vị trí báo rồi chọn đến Tag của biến cần giám sát. Trở lại màn hình wincc explorer >Graphich designer.Tạo picture có tên Cảnh báo.Nhấp vào picture Cảnh báo lấy bảng thông số cảnh báo bằng cách nhấp chuột vào Object Palette>Smart Object>Control>Wincc Alarm Control>Ok. Ta được bảng thông báo biểu hiện tình trạng hoạt động của thiết bị và vị trí đang báo. 4.3. Quy trình vận hành Màn hình sơ đồ công nghệ Trên màn hình vận hành chính nhấn nút thì sẽ đưa ra màn hình chọn các chế độ cài đặt cho các cân. Trong đó : Nút có ý nghĩa đặt năng suất cho thiết bị từ phòng điều hành trung tâm, điều chỉnh tốc độ động cơ qua bộ điều khiển PID. Nút có ý nghĩa đặt năng suất cho thiết bị tại tủ điều khiển tại công trình, điều chỉnh tốc độ động cơ qua bộ điều khiển PID. Nút có ý nghĩa đặt trực tiếp tốc độ động cơ cho thiết bị và không qua bộ điều khiển PID Nhấn phím ta được bảng cài đặt các thông số của cả hệ thống gồm cài đặt các thông số cân đá sét ,cân đá vôi , cân R2A01, cân R2B01 và máy nghiền R2M01 Màn hình cài đặt thông số hệ thống Nhấn phím thì ta được bảng cài đặt thông số của cân đá vôi: Trong đó các nút -0.05% và +0.05% dùng để tự động điều chỉnh cân âm hay dương 0.05%.Mỗi lần nhấn thì sẽ tự động điều chỉnh tham số của cân âm hay dương 0.05% từ đó đưa ra hệ số mới cho cân trên cơ sở của hệ số cũ(mặc định cân đúng với hệ số điều chỉnh hệ số cũ). Với việc cài đặt các nút Kp,Ti,Deadbank thì người vận hành sẽ nhập thông số bộ điều khiển để đưa về điều khiển các đối tượng điều khiển.Trong đó Kp : là thành phân P của bộ điều khiển PI Ti : là thành phần I của bộ điều khiển PI Deadbank : là dải chết của bộ điều khiển mà tại điểm năm trong dải chết thì bộ điều khiển không còn tác động đến đối tượng điều khiển. Nhấn nút “Back” để trở lại màn hình cài đặt Trên màn hình cài đặt nhấn nút “ Thoát ” để trở về màn hình vận hành chính. Làm tương tự với màn hình cài đặt của các cân còn lại và máy nghiền. Nhấn phím sẽ đưa ra màn hình cài đặt thông số của cân đá sét như hình sau: Nhấn nút thì sẽ hiện ra màn hình cài đặt của cân DOSIMAT R2A01 như hình sau: Nhấn nút thì sẽ đưa ra màn hình cài đặt thông số của cân DOSIMAT R2B01như hình sau: Nhấn nút thì sẽ đưa ra màn hình cài đặt thông số của máy nghiền R2M01: ` Trên màn hình nhấn nút sẽ đưa đưa ra màn hình hiện thị toàn bộ thông số của hệ thống cân cấp liệu và máy nghiền(bao gồm năng suất đặt, năng suất thực, sai số và tốc độ quay của động cơ..). Nhấn nút trên màn hình vận hành chính ta được màn hình biểu diển lưu lượng của từng cân cấp liệu và máy nghiền theo thời gian. Nhấn nút trên màn hình vận hành sẽ hiện ra màn hình cảnh bảo của từng cân cấp liệu và máy nghiền .Nhìn vào bảng thông báo đó ta biết được thành phần nào trong các thành phần(đá vôi, đá sét, quặng sắt, bôxit) thành phần nào thiếu thành phần nào vượt quá mức đặt. KẾT LUẬN Ngày nay lý thuyết điều khiển tự động đã có nhưng bước tiến vượt bậc và được ứng dụng rộng rãi trong các quá trình công nghệ trong các ngành công nghiệp. Trong những ứng dung của lý thuyêt điều khiển vào thực tế, bài toán ổn định lưu lượng liệu cấp cho máy nghiền nguyên liệu trong công nghệ sản xuất xi măng tại nhà máy xi măng Hoàng Thạch là một trong nhưng bài toán điển hình. Việc tìm hiểu một hệ thống cấp liệu này rất phước tap, hơn nữa các tham số của hệ thống lại không biết được, nhưng nhờ vào lý thuyết điều khiển và điều khiển quá trình đã phần nào làm rõ được hoạt động của hệ thống.Nhờ có công cụ của Matlab&Simulink đã giúp chúng em có nhưng cái nhìn trực quan trong việc mô phỏng lại hệ thống cấp liệu máy nghiền. Trong quá trình làm đồ án thì chúng em gặp nhiều khó khăn về tìm hiểu công nghệ, cách thức hoạt động và quá trình điều khiển.Nhờ sự hướng dẫn của thầy hướng dẫn và nỗ lực của nhóm chúng em cũng đã mô phỏng được hệ thống cấp liệu máy nghiền Có thể nói qua quá trình làm đồ án này, chúng em mới thấy được ứng dụng lý thuyết điều khiển vào thực tế là rất đa dạng và phong phú, nó giup cho chúng em phân tích và tìm hiểu kỹ hơn về các hệ thống trong công nghiệp, sau đó đưa ra những phương án điều khiển thích hợp, đặc biệt là bài toán đã nêu. Tuy nhiên do điều kiện và khả năng chúng em còn hạn chế, nên chắc chắn đồ án này không thể không có những thiếu sót, vậy chúng em rất mong được sự góp ý của các thầy giáo, cô giáo để đồ án của chúng em được hoàn thiện hơn. Cuối cùng, nhóm chúng em bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy giáo TS Nguyễn Văn Hòa đã hướng dẫn tận tình, giúp đỡ chúng em trong quá trình thực hiện đồ án này. Hà nội ,ngày 29 tháng 5 năm 2010 Nhóm sinh viên Nguyễn Khả Hoan Phạm Trung Thành TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Cơ sở tự động điều khiển quá trình – Nguyễn Văn Hòa, Nhà xuất bản giáo dục 2007 [2] Lý thuyết điều khiển tuyến tính – Nguyễn Doãn Phước, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật 2000 [3] Cơ sở hệ thống điều khiển quá trình – Hoàng Minh Sơn, Nhà xuất bản Bách Khoa 2006 [4] Giáo trình sản xuất xi măng – FLSMIDTH & Hoàng Thạch

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docnghienlieu_3034.doc