LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, con người cùng với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến của
thế giới, chúng ta đã và đang ngày một thay đổi, văn minh và hiện đại hơn.
Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc
điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ…là những yếu tố rất cần thiết
góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả ngày càng cao hơn.
Tự động hóa đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ. Tự động hóa đã đáp
ứng được những đòi hỏi không ngừng của các ngành, lĩnh vực khác nhau cho đến nhu
cầu thiết yếu của con người trong cuộc sống hàng ngày. Một trong những sản phẩm tiên
tiến của nó là PLC. Ứng dụng rất quan trọng của ngành công nghệ tự động hóa là việc
điều khiển, giá sát các hệ thống với những thiết bị điều khiển từ xa rất tinh vi và đạt
được năng suất, kinh tế thật cao .
Xuất phát từ những ứng dụng đó, chúng em xin phép được thiết kế một mạch ứng dụng
của PLC, biến tần đó là “Tự động hóa hệ thống tời kéo Than trong các mỏ Than”
Đầu tiên em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo trong khoa điện,
cùng các bạn trong lớp Tự Động Hóa 3-k10 đặc biệt là giảng viên Tống Thị Lý - giảng
viên khoa điện trường ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI người đã trực tiếp giảng dạy
và cho em kiến thức để hoàn thành bài tập lớn môn học này. Mong cô góp ý để em hoàn
thành bài tập lớn này được tốt hơn sau này.

Em xin chân thành cảm ơn !

TĐH3-k10
Page 1


Nhận xét của giáo viên:
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................

vể hệ thống tời kéo than trong các mỏ than. Điều khiển tự động quá trình tời kéo than
1.1.3. Giới hạn nghiên cứu của đề tài
Do kiến thức, thời gian, kinh nghiệm thực tế còn hạn chế nên đề tài chỉ được thực
hiện dưới dạng thiết kế một mô hình nhỏ mô phỏng quá trình tờ kéo than trong hầm mỏ
TĐH3-k10
Page 3


1.1.4. Ý nghĩa khoa học thực tiễn của đề tài
Điều khiển tự động là xu thế phát triển tất yếu trong các lĩnh vực công nghiệp
cũng như sinh hoạt bởi những ưu điểm vượt trội của nó. Ở các hệ thống điều khiển tự
động có quy mô vừa và lớn thì PLC được sử dụng làm thiết bị điều khiển cho toàn hệ
thống.
Kết hợp xây dựng một hệ thống điều khiển tự động với các thiết bị điện tử công
suất có ý nghĩa khoa học lớn trong việc xây dựng một hệ thống tự động hoàn chỉnh
cả về chức năng lẫn hiệu quả kinh tế. Đề tài “Tự động hóa hệ thống tời kéo than trong
các mỏ than” xây dựng mô hình kết hợp PLC với biến tần để điều khiển tốc độ động
cơ một cách tối ưu nhất.

TĐH3-k10
Page 4


Chương 2: PHÂN TÍCH HỆ THỐNG TỜI KÉO JM10 CHỞ VẬT LIỆU

Hình 1.1 : Mô hình máy tời JM10

TĐH3-k10
Page 5


goòng có tải được công nhân vận hành tháo khỏi móc cáp và các goòng có tải
đước đưa tới nơi tập kết , goòng không tải được móc vào cáp nối của tời trục. Sau
khi đã đổi goòng tang quay theo chiều ngược lại nhờ động cơ được đổi chiều quay
và làm việc theo chu kỳ tiếp theo
2.1.3. Sơ đồ hộp giảm tốc tời

Hình 1.3 : Sơ đồ hộp giảm tốc tời JM10
-

Giải thích sơ đồ
1- Tang quấn cáp
2- Hộp giảm tốc
3- Động cơ

TĐH3-k10
Page 7


2.2. Yêu cầu công nghệ .

-

Hệ thống tời JM10 sử dụng động cơ không đồng bộ 3 pha rô to lồng sóc điều
chỉnh tốc độ bằng phương pháp loại cấp điện trở phụ , nên để giảm dòng khởi

-

động trong quá trình khởi dộng , đề phòng cháy , hỏng hóc động cơ, rung giật....
Khóa ngắt nâng quá và hạ quá tránh cho goòng vượt quá và trượt khỏi đường ray.


Động cơ : YZR200L-6

-

Công suất : 22 KW

-

Số pha : 3 pha

-

Tần số : 50 Hz

-

Điện áp định mức : 380V

-

Trọng lượng : 3200 KG

Dựa vào thông số động cơ như trên e lựa chọn loại biến tần Inverter ABB ACS55001-045A-4 cho việc điều khiển động cơ
TĐH3-k10
Page 8


Hình 3.1 : Biến tần ABB- ACS550
-


Dựa vào việc khởi động và điều chỉnh tốc độ tời bằng biến tần ta có bảng cài đặt
sau:
Tên tham số
9901
9902
9905
9907
9909
1001

Giá trị
0
1= ABB STANDARD

Mô tả
Cài đặt ngôn ngữ tiếng anh
Macro tiêu chuẩn cho các

380

ứng dụng tốc độ không đổi
Điện áp định mức của

50

động cơ
Tần số định mức của động

22


1102

0=EXT1

EXT1 hoạt động kiểm soát
các nghuồn tín hiệu điều
khiển xác định bởi thông

1103

1=AI1

số 1001 và 1103
Lựa chọn nguồn tín hiệu
tương tự AI1 cho tham

1106

2=AI2

chiếu REF1
Lựa chọn nguồn tín hiệu
tương tự AI1 cho tham

1201

9=DI3,4

chiếu REF2
Lựa chọn tín hiệu kích hoạt


Khả năng xác định vị trí chính xác của vật thể.

TĐH3-k10
Page 12


•

Độ tin cậy cao, phát hiện được mọi loại vật thể (trừ loại trong suốt)



Nhược điểm:

•

Mất nhiều thời gian để chỉnh vị trí lắp đặt.

•

Mất nhiều thời gian nối dây vì có 2 dây riêng biệt

•

Giá thành sản phẩm cao



Ví dụ ứng dụng:


•

Với vật thể có bề mặt sáng bóng có thể làm cảm biến không phát hiện được, có thể
dùng kính lọc phân cực.
 Nhược điểm:

•

Khoảng cách phát hiện ngắn hơn loại thu phát (E3Z-R: chỉ được 4-5m).

TĐH3-k10
Page 13


•

Vẫn cần 2 điểm lắp đặt cho cảm biến và gương

•

Cảm biến phản xạ gương loại 2 thấu kính thường không phát hiện được vật ở một
số khoảng cách ngắn nhất định.
Phản xạ gương là dạng cảm biến quang phổ biến nhất trong công nghiệp.
Loại này có sự kết hợp tốt các yếu tố như phát hiện tin cậy, khoảng cách vừa đủ và
giá thành hợp lý.



Ví dụ ứng dụng:

Lắp đặt đơn giản, dễ dàng

•

Chỉ cần 1 điểm lắp đặt duy nhất.



Nhược điểm:

•

Khoảng cách phát hiện ngắn (do chỉ phát hiện được một phần ánh sáng phản xạ).
Ví dụ loại E3Z-D: có khoảng cách phát hiện tối đa 1m.

•

Tỉ lệ lỗi đen / trắng cao; khoảng cách phát hiện phụ thuộc nhiều vào màu sắc,
kích thước, tính chất bề mặt của vật thể.

TĐH3-k10
Page 14


•

Bởi vậy việc phát hiện vật có thể khó khăn nếu có nền màu đen sau vật.

•



•

Có thể chỉnh khoảng cách phát hiện ở 1 mức nhất định



Nhược điểm:

•

Khoảng cách phát hiện ngắn; ví dụ E3Z-LS: chỉ được tối đa 200mm

•

Cảm biến BGS ngày càng phổ biến hơn trong các ứng dụng công nghiệp vì không
cần gương và phát hiện tin cậy. Thông thường cảm biến BGS lắp đặt bên cạnh
hoặc bên trên băng chuyền .

TĐH3-k10
Page 15


•

Vít biến trở của cảm biến BGS dòng E3Z không điều chỉnh ngưỡng/độ nhạy (như
các model khác), mà thay đổi vị trí của thấu kính để điều chỉnh khoảng cách phát
hiện.
Dựa vào những thông tin trên em lựa chọn cảm biến thu phát vì nó có phạm vi
phát hiện rộng họat động tốt trong các loại môi trường, cường độ tia sáng cao.

Công nghệ pho to –IC tăng mức chống nhiễu.

•

Hình trụ cỡ M18 DIN , vỏ nhựa ABS.

•

Gọn và tiết kiệm chỗ .

•

Khoảng cách phát hiện dài (30cm ) với bộ điều chỉnh độ nhạy cho loại khuếch
tán .

•

Bảo vệ chống ngắn mạch và nối ngược cực nguồn.

TĐH3-k10
Page 16


Hình 3.3 : Cảm biến E3F3

Thông số cơ bản của cảm biến E3F3:

Loại
Mục



Khoảng cách phát 5 m

2 m ( khi sử 100 mm

hiện

dụng E39-R1)

300 m

Vật thể phát hiện Vật mờ đục có Vật mờ đục có Giấy trắng 100x100
tiêu chuẩn

đường kính tối đường kính tối mm
thiểu 11 mm

Đặc tính trễ

thiểu 56 mm

---

Tối đa 20% khoảng
cách phát hiện

Nguồn sáng
(Bước sóng)
Điện áp nguồn cấp


Tối đa 25 mA
và

đầu thu)
Ngõ ra điều khiển

Ngõ ra transistor collector hở, tối đa 100mA , điện áp dư tối
đa 1V ở 100mA

Mạch bảo vệ

Bảo vệ ngắn mạch ngõ ra và nối ngược cực nguồn cấp DC

Thời gian đáp ứng

Tối đa 2,5 ms

Điều chỉnh độ nhạy

---

Núm
điều
chỉnh

1

vòng
ảnh hưởng ánh sáng Đèn dây tóc : Tối đa 3.000 lux
của môi trường

Cấp bảo vệ

IP66 (IEC60529)

Cấp nối

Dây nối thường(độ dài tiêu chuẩn : 2 m)
Nguồn sáng : Chỉ thị hoạt động (cam)

TĐH3-k10
Page 18


Đèn chỉ thị

chỉ

thị

điện

(cam)
Đầu nhận : chỉ
thị hoạt động
(cam)
Trọng lượng ( cả vỏ ) Tối đa 170 g

Vật

Vỏ

- Dòng PLC S7-200 có hai họ là 21X ( loại cũ) và 22X ( loại mới), trong đó họ 21X
không còn sản xuất nữa.Họ 21X có các đời sau:210, 212, 214, 215-2DP, 216; họ 22X có
các đời sau:221, 222, 224, 224XP, 226, 226XM
- PLC đặt biệt sử dụng trong các ứng dụng hoạt động logic điều khiển chuổi sự
kiện
- PLC có đầy đủ chức năng và tính toán như vi xử lý. Ngoài ra, PLC có tích hợp
thêm một số hàm chuyên dùng như bộ điều khiển PID, dịch chuyển khối dữ liệu, khối
truyền thông,…
- PLC có những ưu điểm:
+ Có kích thước nhỏ, được thiết kế và tăng bền để chịu được rung động, nhiệt, ẩm
và tiếng ồn, đáng tin cậy.
+ Rẻ tiền đối với các ứng dụng điều khiển cho hệ thống phức tạp.
+ Dễ dàng và nhanh chống thay đổi cấu trúc của mạch điều khiển.
+ PLC có các chức năng kiểm tra lỗi, chẩn đoán lỗi.
+ Có thể nhân đôi các ứng dụng nhanh và ít tốn kém.

TĐH3-k10
Page 20


Cấu trúc bên trong của PLC

Hình 1.1: Cấu trúc bên trong của CPU PLC
Một hệ thống lập trình cơ bản phải gồm có 2 phần: Khối xử lý trung tâm
(CPU: Central Processing Unit) và hệ thống giao tiếp vào/ra ( I/O)
Mô tả các đèn báo trên S7-200:
- SF (đèn đỏ): Đèn đỏ SF báo hiệu khi PLC có hỏng hóc.
- RUN (đèn xanh): Đèn xanh sáng báo hiệu PLC đang ở chế độ làm việc và thực
hiện chương trình nạp ở trong máy.
- STOP (đèn vàng): Đèn vàng sáng báo hiệu PLC đang ở chế độ dừng, không

b. Giới thiệu về PLC S7-200 CPU224 AC/DC/RELAY
Với đề tài này em sử dụng PLC S7-200 CPU224 AC/DC/RELAY
Thông tin:
- Nguồn cấp: 85-264VAC. 47-63Hz
-

Kích thước: 120.5mm x 80mm x 62mm
Dung lượng bộ nhớ chương trình: 4096 words
Dung lượng bộ nhớ dữ liệu: 2560 words
Bộ nhớ loại EEFROM
Có 14 cổng vào, 10 cổng ra.
Có thể thêm vào 7 modul mở rộng kể cả modul Analog.
Tốc độ xử lý một lệnh logic Boole 0.37µs
Có 256 timer , 256 counter, các hàm số học trên số nguyên và sốn thực.
Có 6 bộ đếm tốc độ cao, tần số đếm 20 KHz
Có 2 bộ điều chỉnh tương tự.
Các ngắt: phần cứng, theo thời gian, truyền thông,…
Đồng hồ thời gian thực.
Chương trình được bảo vệ bằng Password.
Toàn bộ dung lƣợng nhớ không bị mất dữ liệu 190 giờ khi PLC bị mất điện.
Xuất sứ: Siemens Germany

TĐH3-k10
Page 23


Hình 1.4: CPU PLC S7-200
- CPU được cấp nguồn 220VAC.Tích hợp 14 ngõ vào số (mức 1 là 24Vdc, mức 0
là 0Vdc). 10 ngõ ra dạng relay.
3.2.2 Giới thiệu về module Analog.



•
•
•
•
•


•
•
•


•


•




Các bộ chuyển đổi ADC, DAC (12 bit).
Thời gian chuyển đổi analog sang digital :