BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT MÁY ĐỘNG GVHD: TS. NGUYỄN MINH TÂM SVTH: TRẦN CÔNG TRUNG MSSV: 11141353 SVTH: TRẦN XUÂN PHÚC MSSV: 11141162 SKL 0 0 3 7 1 5 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2015 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc ----***---- Tp. Hồ Chí Minh, ngày--- tháng--- năm 20… NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Trần Công Trung MSSV: 11141353 Họ và tên sinh viên: Trần Xuân Phúc MSSV: 11141162 Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện tử, truyền thông Lớp: 11141CLDT Giảng viên hƣớng dẫn: TS.
Nguyễn Minh Tâm ĐT: 0908016139 Ngày nhận đề tài: Ngày nộp đề tài: 1. Tên đề tài: HỆ THỐNG GIÁM SÁT MÁY ĐỘNG 2. Các số liệu, tài liệu ban đầu: Cảm biến đo độ rung, PLC, động cơ 3. Nội dung thƣ̣c hiê ̣n đề tài: Nghiên cứu đo độ rung Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống 4.
Sản phẩm: TRƢỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN i CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc ******* PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN Họ và tên sinh viên: Trần Công Trung MSSV: 11141353 Họ và tên sinh viên: Trần Xuân Phúc MSSV: 11141162 Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện tử, truyền thông Tên đề tài: Hệ thống giám sát máy động Họ vả tên Giáo viên hƣớng dẫn : TS. Nguyễn Minh Tâm NHẬN XÉT 1. Về nội dung đề tài & khối lƣợng thực hiện:. Đề nghị cho bảo vệ hay không?.
Đánh giá loại:. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2015 Giáo viên hƣớng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) ii CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc ******* PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ và tên sinh viên: Trần Công Trung MSSV: 11141353 Họ và tên sinh viên: Trần Xuân Phúc MSSV: 11141162 Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện tử, truyền thông Tên đề tài: Hệ thống giám sát máy động Họ vả tên Giáo viên phản biện :. Về nội dung đề tài & khối lƣợng thực hiện:. Đánh giá loại:.
Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2015 Giáo viên phản biện (Ký & ghi rõ họ tên) iii LỜI CẢM ƠN Trƣớc hết chúng em xin gửi lời cảm ơn nhà trƣờng đã tạo cơ hội cho chúng em có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp trong thời gian dự kiến. Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Minh Tâm đã tận tình chỉ bảo và tạo điều kiện giúp đỡ chúng em rất nhiều trong suốt quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp. iv TÓM TẮT Hiện nay trong công nghiệp, các loại máy động đóng một vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất của nhà máy. Nếu máy động xảy ra sự cố sẽ ảnh hƣởng đến sự hoạt động của nhà máy, đòi hỏi chi phí cao để sửa chữa và còn có khả năng ảnh hƣởng đến an toàn lao động.
Do đó việc theo dõi tình trạng máy là một điều cần thiết để đảm bảo an toàn cho nhà máy bởi việc giảm thiểu sự xuất hiện những điều kiện nguy hiểm hoặc tai nạn, đồng thời tăng lợi nhuận cho nhà máy do tối thiểu hoá đƣợc những lần dừng máy ngoài kế hoạch và chủ động đƣợc trong công tác bảo dƣỡng thiết bị. Một trong những nguyên nhân gây ra hỏng hóc cho máy động đó là sự rung động của máy và hiện tƣợng quá nhiệt. Máy rung động quá độ sẽ dẫn đến sự phá hủy các chi tiết máy, ảnh hƣởng đến chất lƣợng các sản phẩm của nhà máy. Hiện tƣợng quá nhiệt gây ra hƣ hỏng cho các lớp cách nhiệt của máy động, gây hƣ hại cho các cuộn dây quấn bên trong động cơ.
Nhƣ vậy ta có thể lắp đặt các cảm biến trên máy động để đo độ rung, nhiệt độ máy và truyền các dữ liệu này về bộ phận kiểm soát và điều khiển máy động của nhà máy. Tại đây các dữ liệu dẽ đƣợc theo dõi và nếu có thông số vƣợt quá giá trị cho phép thì sẽ thực hiện dừng máy. Thông qua hệ thống bảo vệ này ta sẽ có thể đảm bảo máy hoạt động ổn định và an toàn. v MỤC LỤC CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN.
Giới thiệu tình hình nghiên cứu hiện nay. Tính cấp thiết của đề tài. Mục tiêu nghiên cứu. Nhiệm vu ̣ nghiên cƣ́u.
Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu. Phƣơng pháp nghiên cƣ́u. Bố cục của đồ án. 2 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT.
Hiện tƣợng rung động. Rung động là gì?. Nguyên nhân gây ra sự rung động. Tại sao phải theo dõi sự rung động của máy?.
Những máy nào cần phải đo rung động?. Rung động của máy đƣợc mô tả nhƣ thế nào?. Các phƣơng pháp đo khoảng cách. Cảm biến từ (cảm biến tiệm cận điện cảm).
Cảm biến siêu âm. Cảm biến hồng ngoại. Cảm biến laser. Giới thiệu chung về nhiệt độ.
Khái niệm nhiệt độ. Đơn vị và thang nhiệt độ. Một số thuật ngữ liên quan đến nhiệt độ máy. Nguyên nhân gây ra sự tăng nhiệt độ đối với máy.
Ảnh hƣởng của nhiệt độ đối với máy. Các phƣơng pháp giám sát nhiệt độ của động cơ. Các phƣơng pháp đo nhiệt độ. Nhiệt điện trở kim loại (Resistance Temperature Detector - RTD).
Cặp nhiệt ngẫu (Thermocouple). Nhiệt điện trở bán dẫn (Thermistor). Nhiệt kế hồng ngoại. Nhiệt kế lƣỡng kim và nhiệt kế giãn dài.
Nhiệt kế áp suất. Nhiệt kế thủy tinh – chất lỏng. Giới thiệu chung về PLC S7-300. Giới thiệu các module đƣợc sử dụng trong đề tài.
Module ngõ vào số SM 321, DI 16 x DC 24V (6ES7321-1BH02-0AA0). Module ngõ ra số SM 322, DO 16 x DC 24 V/0. Module ngõ vào tƣơng tự SM 331, AI 8 x 12 bit (6ES7331-7KF02-0AB0). 80 CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG.
Yêu cầu của hệ thống. Độ rung hƣớng tâm. Thiết kế hệ thống. Lựa chọn cảm biến.
Lựa chọn module PLC. Lựa chọn kiểu kết nối giữa PLC và PC. Lựa chọn chƣơng trình lập trình và điều khiển. Liên kết SIMATIC MANAGER với WinCC.
Hiển thị các giá trị xử lý thông qua Table control và Trend control trong Wincc 105 3. Thiết lập Alarm Logging trong WinCC. 114 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, THỰC NGHIỆM, PHÂN TÍCH, TỔNG HỢP. Xây dựng hệ thống.
Nhận xét hệ thống. 134 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN. Hƣớng phát triển. 135 viii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT PLC: Programmable Logic Controller ECKO: Eddy Current Killed Oscillator RF: Radio Frequency TOF: Time of Flight LASER: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation RTD: Resistive Temperature Device CPU: Central processing unit ix DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Phân loại nhiệt độ của các cấp cách điện Bảng 2.2: Một số loại cặp nhiệt ngẫu thông dụng Bảng 2.3: Một số loại chất lỏng hữu cơ làm chất lỏng nhiệt kế Bảng 2.4: Vị trí cài đặt và loại đo tƣơng ứng x DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ Hình 2.1: Máy bơm rung động trong quá trình bơm nƣớc Hình 2.2: Motor rung khi đang hoạt động Hình 2.3: Điểm nặng gây ra sự mất cân bằng Hình 2.4: Một số nguyên nhân dẫn đến sự mất cân bằng Hình 2.5: Không cân bằng tĩnh Hình 2.6: Không cân bằng động Hình 2.7: Mất đồng tâm trục Hình 2.9: Lệch song song Hình 2.10: Kết hợp hai loại Hình 2.11: Bi bị mài mòn Hình 2.12: Bánh răng bị mòn Hình 2.13: Dây đai mòn Hình 2.14: Một số ví dụ về hậu quả của sự mài mòn Hình 2.15: Sự lỏng chi tiết máy gây nên sự rung động Hình 2.17: Cáp nối dài (extension cable) Hình 2.18: Bộ chuyển đổi tín hiệu (tranducer) Hình 2.19: Nguyên lý ECKO Hình 2.20: Nguyên lý hoạt động của đầu dò Hình 2.21: Mối quan hệ giữa điện áp ngõ ra và khoảng cách giữa đầu dò - trục Hình 2.22: Tín hiệu ngõ ra thay đổi khi vật thể dao động Hình 2.23: Hình dáng của một transducer Hình 2.24: Chức năng của transducer xi Hình 2.25: Sự thay đổi tín hiệu ngõ ra mạch điều chế trong transducer Hình 2.26: Ứng dụng phát hiện ốc vít bị lỏng Hình 2.27: Ứng dụng đo góc nghiêng của tấm kim loại Hình 2.28: Ứng dụng đo độ dày tấm kim loại Hình 2.29: Ứng dụng điều khiển máy ép Hình 2.30: Ứng dụng đo độ lệch tâm Hình 2.31: Ứng dụng đo độ rung hƣớng tâm Hình 2.32: Một số loại cảm biến siêu âm Hình 2.33: Cấu tạo của cảm biến siêu âm Hình 2.34: Các vùng phía trƣớc cảm biến Hình 2.35: Nguyên lý TOF Hình 2.36: Các thành phần của cảm biến hồng ngoại Hình 2.37: Nguyên lý hoạt động của cảm biến hồng ngoại Hình 2.38: Đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa khoảng cách đo đƣợc và tín hiệu điện áp ngõ ra Hình 2.39: Cảm biến laser Hình 2.40: Nguyên lý hoạt động của cảm biến laser Hình 2.41: Ứng dụng đo độ dày sợi mỳ tƣơi Hình 2.42: Ứng dụng định vị chất nền tinh thể lỏng Hình 2.43: Ứng dụng đo độ dịch chuyển của van động cơ Hình 2.44: Ứng dụng đo độ dày tấm kính Hình 2.45: Ứng dụng đo độ chạy lệch tâm của con lăn nhạy sáng Hình 2.46: Ứng dụng đo độ phồng của thủy tinh tinh thể lỏng Hình 2.47: Ứng dụng đo độ dày của vòng đệm silicon Hình 2.48: Ứng dụng đo độ chạy lệch tâm của HDD siêu nhỏ gọn Hình 2.49: Ứng dụng đo tiết diện bề mặt bánh răng xii Hình 2.50: RTD kiểu dây quấn Hình 2.51: RTD công nghiệp trƣớc khi lắp đặt Hình 2.52: RTD kiểu phim mỏng Hình 2.53: Kiểu nối 2 dây cho nhiệt điện trở kim loại Hình 2.54: Kiểu nối 3 dây cho nhiệt điện trở kim loại Hình 2.55: Kiểu nối 4 dây dạng cầu Wheatstone Hình 2.56: Kiểu nối 4 dây dạng Kelvin Hình 2.57: Dòng điện chạy trong hai dây dẫn khi hai đầu nối chênh lệch nhiệt độ Hình 2.58: Hiệu điện thế nhiệt điện Hình 2.59: Sơ đồ nối một đầu vào điểm 0oC Hình 2.60: Sơ đồ bù trên transmitter Hình 2.61: Một số loại thermistor điển hình Hình 2.62: Nhiệt kế hồng ngoại Hình 2.63: Nhiệt kế lƣỡng kim Hình 2.64: Cấu tạo của nhiệt kế dãn dài Hình 2.65: Cấu tạo của nhiệt kế áp suất Hình 2.66: Cấu tạo của nhiệt kế thủy tinh - thủy ngân Hình 2.67: Các kiểu nhúng nhiệt kế Hình 2.68: Các module trên một rack PLC S7-300 Hình 2.69: Module CPU 312C Hình 2.70: Module CPU 313C Hình 2.71: Module 313-2 PtP Hình 2.72: Module 313-2DP Hình 2.73: CPU 314-2 PtP Hình 2.74: Module CPU 314C-2 DP Hình 2.75: Module 312 new xiii Hình 2.76: Module CPU 314 new Hình 2.77: Module CPU 315-2 DP new Hình 2.78: Module CPU 313 Hình 2.