Nghiên Cứu Hệ Thống Điều Khiển Máy Khấu Than Sử Dụng PLC

LỜI CAM ĐOAN

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

PHẦN MỞ ĐẦU

0.1. Lý do chọn đề tài

0.2. Mục đích nghiên cứu

0.3. Đối tượng nghiên cứu

0.4. Nhiệm vụ nghiên cứu

0.5. Giới hạn của đề tài

0.6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

0.7. Phương pháp nghiên cứu

0.7.1. Phương pháp nghiên cứu lý luận

0.7.2. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn

0.8. Bố cục của luận văn

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VỀ MÁY KHẤU THAN VÀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG MÁY KHẤU THAN TẠI CÁC MỎ THAN CỦA VIỆT NAM

1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY KHẤU THAN

1.1.1. Lịch sử phát triển máy khấu than (COMBAI)

1.1.2. Hình ảnh minh hoạ một số loại máy khấu than

1.2. TÌNH HÌNH SỬ DỤNG MÁY KHẤU THAN TẠI CÁC MỎ THAN Ở VIỆT NAM

1.2.1. Lịch sử nghiên cứu đánh giá khả năng cơ giới hoá khai thác hầm lò vùng Quảng Ninh

1.2.2. Mục tiêu, một số kết quả và phương hướng phát triển của công nghệ cơ giới hoá khai thác than ở Việt Nam

1.3. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY KHẤU LOẠI HAI TAY KHẤU VÀ QUY TRÌNH KHAI THÁC THAN SỬ DỤNG MÁY KHẤU

1.3.1. Kết cấu hình dáng sơ bộ của máy khấu loại hai tay khấu

1.3.2. Quy trình khai thác của máy khấu (trình tự khấu gương)

1.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG I

2. CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ KHAI THÁC THAN CƠ GIỚI HOÁ SỬ DỤNG MÁY KHẤU, DÀN CHỐNG TỰ HÀNH, MÁNG CÀO

2.1. CÔNG NGHỆ KHAI THÁC

2.1.1. Bản chất của công nghệ khai thác

2.1.2. Tổ hợp thiết bị sử dụng trong quá trình khai thác

2.2. ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT, PHÂN TÍCH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THUỶ LỰC CỦA MÁY KHẤU, DÀN CHỐNG TỰ HÀNH, MÁNG CÀO

2.2.1. Đặc tính kỹ thuật và phân tích hệ thống điều khiển thuỷ lực của Máy khấu MG 200 – W1

2.2.2. Dàn chống tự hành VINAALTA 2

2.2.3. Máng cào DSS 260 – 2 x 132kw – 120m

2.3. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ KHAI THÁC

2.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG II

3. CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN KHẢ LẬP TRÌNH PLC S7 - 200

3.1. GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG

3.1.1. Các đặc điểm nổi bật của PLC

3.2. NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH CHO PLC

3.2.1. Lược đồ hình thang LAD

3.2.2. Liệt kê câu lệnh STL (Statement List)

3.2.3. Sơ đồ khối chức năng FBD (Function Block Diagram)

3.3. GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-200 CỦA SIEMENS

3.3.1. Định nghĩa S7-200 CPU

3.3.2. Các khái niệm cơ bản về PLC S7-200

3.3.3. Giới thiệu về các vùng nhớ

3.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG III

4. CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN KHẢ LẬP TRÌNH PLC S7-200 THIẾT LẬP CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN MÁY KHẤU THAN

4.1. ĐẶT CÁC ĐẦU VÀO RA CỦA PLC VÀ THUYẾT MINH QUI TRÌNH ĐIỀU KHIỂN MÁY KHẤU

4.1.1. Đặt các đầu vào ra cho PLC

4.1.2. Thuyết minh qui trình điều khiển máy khấu

4.2. CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN MÁY KHẤU

4.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG IV

KẾT LUẬN VÀ MỘT SỐ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Hệ Thống Điều Khiển Máy Khấu Than Dùng PLC 55 ký tự

Bài viết này cung cấp tổng quan về hệ thống điều khiển máy khấu than sử dụng PLC. Máy khấu than là thiết bị quan trọng trong khai thác than hầm lò. Việc tự động hóa quá trình điều khiển máy khấu giúp tăng năng suất, an toàn và giảm chi phí. PLC (Programmable Logic Controller) đóng vai trò trung tâm trong hệ thống, thực hiện các thuật toán điều khiển và giám sát hoạt động của máy. Việc nghiên cứu và ứng dụng PLC trong điều khiển máy khấu than là một xu hướng tất yếu trong ngành khai thác mỏ hiện đại. Hệ thống này bao gồm các cảm biến, bộ điều khiển, và cơ cấu chấp hành, hoạt động dưới sự điều khiển của chương trình lập trình PLC. Theo tài liệu, "Qua nhiều quá trình phát triển với sự ứng dụng của các thành tựu khoa học công nghệ hiện đại, máy khấu (combai) khai đào đã trở thành một thiết bị khai đào rất phổ biến trên toàn thế giới."

1.1. Lịch Sử Phát Triển và Ứng Dụng Máy Khấu Than

Máy khấu than có lịch sử phát triển lâu dài, bắt đầu từ những thiết kế đơn giản đến các hệ thống phức tạp tích hợp nhiều chức năng. Ban đầu, máy khấu chỉ được sử dụng trong khai thác lộ thiên, nhưng sau đó đã được cải tiến để khai thác hầm lò. Hiện nay, máy khấu có thể khai thác than và đá với độ cứng khác nhau. Việc áp dụng máy khấu trong ngành mỏ mang lại nhiều lợi ích về kinh tế, môi trường và an toàn lao động. Tự động hóa khai thác mỏ giúp giảm sự phụ thuộc vào lao động thủ công và tăng năng suất. Theo tài liệu, phát minh về máy khấu đầu tiên được đưa ra bởi Tiến sỹ. Ajtay tại Hungary vào năm 1949.

1.2. Vai Trò của PLC trong Tự Động Hóa Máy Khấu Than

PLC đóng vai trò quan trọng trong việc tự động hóa các quy trình khai thác than. Nó cho phép điều khiển chính xác các hoạt động của máy khấu, từ di chuyển, cắt than, đến nâng hạ tay khấu. Lập trình PLC cho phép tùy chỉnh các thuật toán điều khiển phù hợp với điều kiện khai thác cụ thể. HMI (Human Machine Interface) và SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) được sử dụng để giám sát và điều khiển hệ thống từ xa. Truyền thông công nghiệp đảm bảo kết nối giữa các thành phần của hệ thống. Bộ điều khiển khả trình giúp tăng tính linh hoạt và khả năng mở rộng của hệ thống.

II. Thách Thức và Vấn Đề trong Điều Khiển Máy Khấu Than 59 ký tự

Việc điều khiển máy khấu than đặt ra nhiều thách thức do môi trường làm việc khắc nghiệt và yêu cầu an toàn cao. Môi trường hầm lò thường có nhiều bụi, khí độc và độ ẩm cao, ảnh hưởng đến hoạt động của các thiết bị điện tử. Bài toán điều khiển trở nên phức tạp hơn do sự thay đổi liên tục của điều kiện địa chất và yêu cầu về năng suất khai thác. Đảm bảo an toàn trong khai thác than là ưu tiên hàng đầu, do đó hệ thống điều khiển phải có khả năng phát hiện và xử lý các tình huống nguy hiểm. Theo tài liệu, "Hệ thống khai thác than cơ giới hoá đồng bộ sử d ụng máy khấu kết hợp với dàn chống tự hành và máng cào được điều khiển bằng hệ thống điện và thủy lực cho 9 việc di chuyển máy khấu trên máng cào, khấu than (cắt than), nâng hạ tay khấu, vận hành các động cơ điện, các bơm thủy lực, di chuyển máng cào, vận hành các xi lanh thuỷ lực của dàn chống tự hành để nâng tấm chắn gương, chất tải, di chuyển dàn chống."

2.1. Ảnh Hưởng của Môi Trường Khai Thác Đến Hệ Thống Điều Khiển

Môi trường khai thác than có nhiều yếu tố gây ảnh hưởng tiêu cực đến hệ thống điều khiển. Bụi than có thể gây tắc nghẽn và làm hỏng các thiết bị điện tử. Khí metan có thể gây cháy nổ nếu không được kiểm soát. Độ ẩm cao có thể gây ăn mòn và chập điện. Do đó, hệ thống điều khiển cần được thiết kế để chịu được các điều kiện khắc nghiệt này. Các cảm biến trong khai thác than cần phải hoạt động ổn định trong môi trường khắc nghiệt.

2.2. Yêu Cầu An Toàn và Ổn Định Của Hệ Thống Điều Khiển

An toàn là yếu tố quan trọng nhất trong khai thác than. Hệ thống điều khiển phải đảm bảo rằng máy khấu hoạt động an toàn và không gây nguy hiểm cho người lao động. Hệ thống phải có khả năng phát hiện và xử lý các sự cố như quá tải, kẹt máy, hoặc mất điện. Điều khiển từ xa có thể giúp giảm thiểu rủi ro cho người lao động. Giám sát hệ thống liên tục là cần thiết để đảm bảo an toàn và ổn định.

III. Giải Pháp Điều Khiển Máy Khấu Than Bằng PLC S7 200 57 ký tự

Sử dụng PLC Siemens S7-200 là một giải pháp hiệu quả để điều khiển máy khấu than. PLC S7-200 có kích thước nhỏ gọn, dễ lập trình và có khả năng chịu được môi trường công nghiệp khắc nghiệt. Ngôn ngữ lập trình LAD (Ladder Diagram) được sử dụng rộng rãi để phát triển các chương trình điều khiển cho PLC. PLC S7-200 có thể kết nối với nhiều loại cảm biến và cơ cấu chấp hành khác nhau. Theo tài liệu, “Giới thiệu về bộ điều khiển khả lập trình PLC S7 - 200 . GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG. Các đặc điểm nổi bật của PLC."

3.1. Thiết Kế Hệ Thống Điều Khiển Dùng PLC S7 200

Thiết kế hệ thống điều khiển bắt đầu bằng việc xác định các yêu cầu và chức năng của hệ thống. Các cảm biến được sử dụng để thu thập dữ liệu về vị trí, tốc độ, áp suất và các thông số khác. PLC xử lý dữ liệu từ các cảm biến và đưa ra các lệnh điều khiển cho các cơ cấu chấp hành. HMI được sử dụng để hiển thị thông tin và cho phép người vận hành điều khiển hệ thống.

3.2. Lập Trình PLC S7 200 Cho Máy Khấu Than

Lập trình PLC bao gồm việc viết các chương trình điều khiển để thực hiện các chức năng như di chuyển, cắt than, và nâng hạ tay khấu. Thuật toán điều khiển phải được thiết kế để đảm bảo hoạt động chính xác và an toàn của máy khấu. Các chương trình lập trình PLC cần được kiểm tra và mô phỏng hệ thống trước khi triển khai thực tế. Tia Portal là một công cụ mạnh mẽ để lập trình PLC.

IV. Ứng Dụng Thực Tế và Kết Quả Nghiên Cứu Điều Khiển PLC 60 ký tự

Việc ứng dụng PLC trong điều khiển máy khấu than đã mang lại nhiều kết quả tích cực. Năng suất khai thác tăng lên do tự động hóa các quy trình. An toàn lao động được cải thiện do giảm thiểu sự tiếp xúc của người lao động với môi trường nguy hiểm. Chi phí vận hành giảm do tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng và giảm thiểu thời gian dừng máy. Theo tài liệu, "Hiện nay một số mỏ than ở Việt Nam đang áp dụng công nghệ cơ giới hoá trong khai thác than và đang sử dụng một số loại máy khấu như MG200-W1, MG150/375-W tại mỏ than Khe Chàm, MB450E tại mỏ than Vàng Danh."

4.1. Cải Thiện Năng Suất Khai Thác Than Nhờ PLC

Tự động hóa khai thác mỏ bằng PLC giúp tăng năng suất bằng cách giảm thời gian dừng máy và tối ưu hóa các quy trình. Hệ thống điều khiển có thể hoạt động liên tục và ổn định, đảm bảo sản lượng khai thác cao. Phân tích dữ liệu thu thập được từ hệ thống giúp xác định các điểm nghẽn và cải thiện hiệu quả hoạt động.

4.2. Nâng Cao An Toàn Lao Động Với Hệ Thống PLC

PLC giúp nâng cao an toàn bằng cách giảm thiểu sự tiếp xúc của người lao động với môi trường nguy hiểm. Điều khiển từ xa cho phép vận hành máy khấu từ một vị trí an toàn. Hệ thống giám sát liên tục phát hiện và cảnh báo về các tình huống nguy hiểm như quá tải, kẹt máy, hoặc mất điện.

4.3. Giám Sát Thu Thập và Phân Tích Dữ Liệu Với SCADA

Hệ thống SCADA giúp trực quan hóa dữ liệu từ các cảm biến và thiết bị đo đạc. Dữ liệu này có thể được sử dụng để theo dõi hiệu suất, phát hiện sự cố và dự đoán bảo trì. Phân tích dữ liệu thu thập được cung cấp thông tin chi tiết về quá trình khai thác, giúp đưa ra quyết định điều chỉnh để tối ưu hóa hiệu quả.

V. Triển Vọng và Hướng Phát Triển Hệ Thống Điều Khiển 57 ký tự

Trong tương lai, hệ thống điều khiển máy khấu than sẽ tiếp tục phát triển theo hướng thông minh và tự động hóa cao hơn. Sử dụng logic mờ (fuzzy logic) và mạng nơ-ron (neural networks) để điều khiển máy khấu trong các điều kiện địa chất phức tạp. Áp dụng điều khiển quá trình nâng cao để tối ưu hóa hiệu suất khai thác và giảm thiểu tác động đến môi trường. Theo tài liệu, “Việc ứng dụng công nghệ khai thác hiện đại này đối với nền công nghiệp than Việt Nam sẽ còn tiếp tục phát triển mạnh mẽ hơn nữa trong thời gian tới [17,18].

5.1. Ứng Dụng Trí Tuệ Nhân Tạo AI trong Điều Khiển

Trí tuệ nhân tạo (AI) có thể được sử dụng để xây dựng các hệ thống điều khiển tự động thích ứng với các điều kiện thay đổi. Thuật toán điều khiển dựa trên AI có thể học hỏi từ dữ liệu và đưa ra các quyết định tối ưu. Tối ưu hóa hệ thống bằng AI sẽ giảm thiểu thời gian chết và cải thiện hiệu suất tổng thể.

5.2. Phát Triển Hệ Thống Giám Sát và Bảo Trì Từ Xa

Giám sát hệ thống từ xa cho phép theo dõi hoạt động của máy khấu từ bất kỳ đâu trên thế giới. Bảo trì dự đoán dựa trên dữ liệu thu thập được từ hệ thống giúp giảm thiểu thời gian dừng máy và chi phí bảo trì. Điều khiển từ xa và giám sát từ xa sẽ trở nên phổ biến hơn trong tương lai.

VI. Kết Luận và Kiến Nghị Về Nghiên Cứu PLC Máy Khấu 56 ký tự

Nghiên cứu và ứng dụng PLC trong hệ thống điều khiển máy khấu than mang lại nhiều lợi ích thiết thực cho ngành khai thác mỏ. Tự động hóa khai thác mỏ giúp tăng năng suất, an toàn và giảm chi phí. Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các giải pháp điều khiển thông minh và tự động hóa cao hơn để đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của ngành công nghiệp. Theo tài liệu, “Là một kỹ sư chế tạo máy tốt nghiệp Đại Học Bách Khoa Hà Nội đồng thời là một cán bộ hiện đang công tác tại Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất, một ngôi truờng đang đóng góp công sức rất lớn về công nghệ và nhân lực cho ngành công nghiệp Mỏ - Địa Chất của đất nước, tôi nhận thấy việc nghiên cứu và phát triển công nghệ về máy khấu có ý nghĩa vô cùng quan trọng đến sự phát triển của ngành công nghiệp khai thác cho đất nước.

6.1. Tổng Kết Các Kết Quả Nghiên Cứu Đạt Được

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng PLC giúp tăng năng suất, an toàn và giảm chi phí. Mô phỏng hệ thống đã chứng minh tính khả thi và hiệu quả của giải pháp điều khiển bằng PLC. Các thử nghiệm thực tế đã khẳng định những lợi ích của việc tự động hóa.

6.2. Đề Xuất Các Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo

Cần tiếp tục nghiên cứu về các thuật toán điều khiển thông minh hơn để điều khiển máy khấu trong các điều kiện địa chất phức tạp. Phát triển các hệ thống giám sát và bảo trì từ xa. Nghiên cứu ứng dụng AI và học máy trong điều khiển máy khấu than.

Nghiên Cứu, Thiết Kế Hệ Thống Điều Khiển Máy Khấu Than Dùng Bộ Điều Khiển PLC