Tiến Sĩ Nghiên cứu thay thế hệ thống điều khiển truyền động cho tời trục mỏ than khe chàm

1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/


MỞ ĐẦU
1.Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay ngành công nghiệp khai thác và chế biến than đang được thiết kế và
xây dựng ngày càng có công suất lớn hơn, biên giới mỏ được mở rộng, các mỏ than
hầm lò thì ngày càng xuống sâu và trình độ trang bị cơ giới hoá cao hơn. Đồng nghĩa
với việc đó là nhu cầu sử dụng điện năng cho các khâu: thông gió, bơm thoát nước mỏ,
vận tải, máy khai thác . ngày một gia tăng. Vì vậy vấn đề sử dụng điện năng một cách
có hiệu quả, đáp ứng các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật, an toàn là rất cần thiết.
Từ vấn đề trên để triển khai chương trình từng bước tự động hoá các khâu trong
sản xuất, đặc biệt là tiết kiệm điện năng, ngày 22/08/2005 Tổng giám đốc Tập đoàn
Công nghiệp than và khoáng sản Việt Nam đã ban hành chỉ thị số 08/CT- CĐM về
việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong sản xuất, và công văn số
1166/CV- CL ngày 26/02/2007 thông báo kết luận của Tổng giám đốc về sử dụng biến
tần và khởi động mềm nhằm tiết kiệm điện năng.
Chương trình đầu tư, phát triển sản xuất than tập đoàn than khoáng sản Việt
Nam hiện nay đang tập trung giải quyết các vấn đề giảm chi phí đầu vào, nâng cao
hiệu quả sản xuất kinh doanh. Đồng thời tiết kiệm điện năng nâng cao năng lực sản
xuất là vấn đề cấp bách khi sản lượng khai thác ngày càng tăng.
Giải pháp ứng dụng biến tần để điều khiển hệ thống vận tải bằng băng tải, máng
cào, trục tải; hệ thống bơm thoát nước chính, hệ thống quạt thông gió chính . thay thế
cho hệ thống điều khiển cũ không chỉ giúp cho hệ thống chạy ổn định, dải điều chỉnh
rộng, nâng cao tuổi thọ động cơ, tuổi thọ hệ thống, nâng cao năng suất và đơn giản
trong quá trình vận hành, mà còn tiết kiệm được điện năng.
2. Mục tiêu của đề tài
“Nghiên cứu thay tế hệ thốngđiều khiển truyền động cho tời trục mỏ than
Khe Chàm”nhằm giải quyết các vấn đề sau:
+ Tự động hoá việc điều khiển công nghệ vận tải bằng tời trục qua giếng
nghiêng.
+ Tiết kiệm điện năng, đáp ứng yêu cầu điều khiển mềm dẻo theo công nghệ.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
- Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ
truyền động cho trục tải vận tải người và thiết bị vật liệu qua giếng nghiêng .
- Phạm vi nghiên cứu trục tải vận tải qua giếng nghiêng vùng mỏ Quảng Ninh. 2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/


4. Nội dung nghiên cứu
- Khảo sát thực trạng các hệ điều khiển hiện nay của tời trục mỏ tại khu vực
khai thác mỏ hầm lò vùng than Quảng Ninh .
- Mô phỏng hệ thống truyền động điện Biến tần - Động cơ cho trục tải giếng
nghiêng bằng phần mềm SIMULINK - MATLAB.
- Nghiên cứu ứng dụng hệ điều khiển lôgic khả trình (PLC) - Biến tần - Động
cơ để tự động hoá trục tải giếng nghiêng.
- Xây dựng giám sát hệ điều khiển bằng WinCC
5. Phương pháp nghiên cứu
Trong phạm vi đề tài sử dụng các phương pháp nghiên cứu tổng hợp sau:
- Phương pháp thực nghiệm: Khảo sát thực trạng tại các mỏ than để nắm rõ về
mức độ vận tải sử dụng trục tải.
- Phương pháp mô phỏng phân tích: nhằm mô phỏng hệ truyền động điện cho
trục tải ghiếng nghiêng.
- Phương pháp tính toán lý thuyết: dựa trên kết quả mô phỏng để từ đó tự động
hoá hệ truyền động điện cho trục tải mỏ.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Kết quả nghiên cứu có thể triển khai áp dụng cải tiến hệ truyền động điện của
các của trục tải đang sử dụng hiện nay để nâng cao năng lực, an toàn và hiệu quả của
vận tải ở các mỏ than hầm lò vùng Quảng ninh.
- Xây dựng giám sát hệ điều khiển bằng WinCC
- Nghiên cứu và xây dựng mô hình điều khiển hệ truyền động điện Biến tần -
Động cơ bằng PLC cho tời trục mỏ trong các mỏ than hầm lò tại phòng thí nghiệm.



ii

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/


MỤC LỤC

MỞ ĐẦU . 1
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN . 3
CỦA TỜI TRỤC MỎ TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM . 3
1.1. Tình hình sử dụng tời trục trên thế giới và Việt Nam . 3
1.1.1. Tình hình sử dụng tời trục trên thế giới 3
1.1.2. Tình hình sử dụng tời trục mỏ ở Việt Nam 4
1.2. Các nguyên tắc điều khiển tự động truyền động điện [18] . 6
1.2.1. Nguyên tắc điều khiển theo thời gian . 6
1.2.2. Nguyên tắc điều khiển theo tốc độ 6
1.2.3. Nguyên tắc điều khiển theo dòng điện 7
1.2.4. Nguyên tắc điều khiển theo hành trình (vị trí) 7
1.2.5. Kết luận . 7
1.3. Tổng quan về chế độ làm việc tời trục mỏ vùng than Quảng Ninh . 8
1.3.1. Cấu tạo cơ bản của tời trục mỏ 8
1.3.2. Phân loại tời trục mỏ giếng nghiêng . 9
1.3.3. Các chế độ làm việc của tời trục mỏ . 11
1.3.4. Nhận xét 15
1.3.5. Các hệ thống truyền động điện cho tời trục mỏ [19] . 15
1.3.5.1. Hệ truyền động điện một chiều máy phát - động cơ (MF - ĐC) . 15
Chương 2. TỔNG HỢP ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG CỦA HỆ ĐIỀU KHIỂN VÀ . 22
LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CHO PHÙ HỢP TỜI TRỤC MỎ . 22
2.1. Các hệ thống truyền động điện cho tời trục mỏ vùng Quảng Ninh 22
2.1.1. Hệ thống truyền động của tời trục JTK -1.6 giếng nghiêng (- 80) công ty than Mạo
Khê 22
2.1.1.2. Nhận xét . 25
1.1.2. Hệ thống truyền động điện của tời trục mỏ công ty than Vàng Danh 25
2.1.3. Hệ thống truyền động điện của tời trục 2Ц-3,5x1,7-17 công ty than Mông Dương . 27
2.1.4. Hệ thống truyền động điện tời trục mỏ БМ-2000 công ty than Hà Lầm . 30
2.1.5. Hệ thống truyền động điện của tời trục mỏ công ty than Khe Chàm . 34
2.2. Đánh giá thực trạng hệ thống truyền động điện và các hệ thống điều khiển hiện nay của
tời trục mỏ khu vực khai thác mỏ hầm lò vùng than Quảng Ninh 36 iii

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/

2.3. Giới thiêu vài nét về biến tần điều khiển động cơ xoay chiều 38
2.4. Cấu trúc của hệ thống truyền động điện Biến tần - Động cơ . 40
2.5. Hệ thống truyền động điện Biến tần - Động cơ 42
2.5.1. Động cơ điện 42
2.5.2. Biến tần . 43
2.5.3. Bộ điều chỉnh dòng [8]; [10]; [15]; [16] . 43
2.5.4. Mô hình hệ thống truyền động điện Biến tần - Động cơ cho tời trục mỏ 45
2.6. Luật điều khiển tốc độ hệ Biến tần - Động cơ ứng dụng cho tời trục [19] 46
2.6.1. Luật điều khiển tốc độ động cơ thay đổi tuyến tính theo thời gian . 47
2.6.2. Luật điều khiển tốc độ động cơ thay đổi tuyến tính theo quãng đường . 48
2.7. Lựa chọn phương pháp điều khiển tốc độ đặt cho phù hợp với tời trục mỏ . 49
2.7.1. Luật điều khiển tốc độ đặt của biến tần theo thời gian . 49
2.7.2. Luật điều khiển tốc độ đặt của biến tần theo quãng đường . 50
Chương 3. MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BIẾN TẦN - ĐỘNG CƠ
51
TRỤC TẢI GIẾNG NGHIÊNG CÔNG TY THAN KHE CHÀM 51
3.1. Hệ thống trục tải JK - 2,5/ 20A công ty than Khe Chàm . 51
3.1.1. Thông số kỹ thuật của trục tải JK-2,5/ 20A . 51
3.1.2. Biểu đồ nâng tải theo thiết kế của hệ thống trục tải JK - 2,5 [24] . 52
3.1.3. Tính toán vận tải . 53
3.2. Sơ đồ mô phỏng hệ thống truyền động Biến tần - Động cơ truyền động cho tời trục tại
Công ty than Khe Chàm bằng phần mềm Matlab & Simulink . 55
3.2.1. Mô tả sơ đồ mô phỏng . 55
3.2.2. Sơ đồ mô phỏng thu gọn cho tời trục mỏ Khe Chàm 57
3.2. Kết luận 59
Chương 4. XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN . 60
BIẾN TẦN - ĐỘNG CƠ BẰNG PLC VÀ GIÁM SÁT HỆ BẰNG WINCC . 60
CHO TỜI TRỤC MỎ 60
4.1. Mô hình hệ thống hệ thống điều khiển 60
4.1.1. Mô hình hệ thống điều khiển hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ bằng PLC . 60
4.1.2. Chức năng của các thiết bị chính trong mô hình điều khiển . 61
3.2. Lựa chọn các thiết bị điều khiển . 61
4.2. Yêu cầu công nghệ điều khiển tời trục giếng nghiêng 61
4.4. Chương trình điều khiển . 64 iv

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/

4.4.1. Cài đặt các tín hiệu vào - ra . 64
4.4.2. Chương trình điều khiển 66
4.5. Thiết lập giao diện giám sát trên WinCC 7.0 71
chuông kêu trong suốt hành trình hạ tải 74
4.6. Mô hình thực nghiệm tai phòng thí nghiệm 74
4.6. Kết luận 79
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 80
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 81