Đề tài Giám sát và phân tích hoạt động của băng tải - Luận văn, đồ án, đề tài tốt nghiệp

Điện năng đang trở thành một phần năng lượng không thể thiếu trong đời sống con người và trong công nghiệp hiện đại. Nó góp phần tạo nên sự văn minh của nhân loại, giúp cuộc sống của con người tiện nghi và hiện đại hơn. Chính vì thế việc duy trì sự ổn định và tiết kiệm điện năng là một vấn đề đang được chú ý và đầu tư ngày càng nhiều. Sự ổn định của các thiết bị đóng vai trò quan trọng trong sản xuất công nghiệp, đồng thời giảm nguy cơ cháy nổ, hỏa hoạn do các vấn đề về thiết bị gây ra, tạo sự an tâm và an toàn cho con người. Giám sát và phân tích trạng thái hoạt động của thiết bị và đưa ra các cảnh báo về sự cố của thiết bị là một phần không thể thiếu. Hiện nay trên thị trường có nhiều thiết bị điện nhằm bảo vệ và ổn định dòng điện như ổn áp, các loại CB chống dòng rò, chống giật và nhiều loại khác nhau. Nhưng chủ yếu chỉ hoạt động ngắt nguồn điện tự động mà không có khả năng tự động đóng điện lại khi hết sự cố, cũng như không thông báo cho người dùng biết được trạng thái hoạt động của thiết bị

101 trang | Chia sẻ: thientruc20 | Lượt xem: 353 | Lượt tải: 1

Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đề tài Giám sát và phân tích hoạt động của băng tải, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH --------------------------------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: GIÁM SÁT VÀ PHÂN TÍCH HOẠT ĐỘNG CỦA BĂNG TẢI GVHD: TS.Nguyễn Mạnh Hùng SVTH: Trần Đặng Phước Ân MSSV: 13141009 Tp. Hồ Chí Minh – 08/2018 i LỜI CAM ĐOAN Chúng tôi xin cam đoan đề tài này là do chúng tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó và không sao chép từ tài liệu hay công trình nghiên cứu đã có trước đó. Nếu không đúng như đã nêu trên, chúng tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về đề tài của mình. Người thực hiện đề tài Đặng Hữu Cường Trần Đặng Phước Ân ii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, chúng em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô, gia đình và bạn bè. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS.Nguyễn Mạnh Hùng, giảng viên khoa Điện – Điện Tử người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo chúng em trong suốt quá trình làm khoá luận. Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM nói chung, các thầy cô trong Bộ môn Điện Tử Công Nghiệp -Y Sinh nói riêng đã dạy dỗ cho em kiến thức về các môn đại cương cũng như các môn chuyên ngành, giúp em có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập. Cuối cùng, chúng em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã luôn tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành khoá luận tốt nghiệp. Người thực hiện đề tài Đặng Hữu Cường Trần Đặng Phước Ân iii MỤC LỤC Trang bìa Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp Lịch trình làm đồ án tốt nghiệp Lời cam đoan ........................................................................................................................ i Lời cảm ơn ........................................................................................................................... ii Mục lục ............................................................................................................................... iii Liệt kê hình .......................................................................................................................... v Liệt kê bảng ....................................................................................................................... vii Tóm tắt đề tài .................................................................................................................... viii Chương 1. TỔNG QUAN .................................................................................................. 1 1.1. Đặt vấn đề ................................................................................................................. 1 1.2. Mục tiêu .................................................................................................................... 1 1.3. Nội dung nghiên cứu ................................................................................................. 2 1.4. Giới hạn ..................................................................................................................... 2 1.5. Bố cục ........................................................................................................................ 3 Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ..................................................................................... 4 2.1. Giới thiệu phần cứng ................................................................................................. 4 2.1.1. Biến dòng ............................................................................................................ 4 2.1.2. Mạch chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số (ADC) ............................................ 7 2.1.3. Mạch đo tốc độ (ENCODER) ........................................................................... 11 2.1.4. Biến tần. ............................................................................................................ 13 2.1.5. Động cơ xoay chiều .......................................................................................... 14 2.1.6. Giao diện đồ họa người dùng............................................................................ 15 2.1.7. Giao thức I2C ................................................................................................... 16 2.2. Khái quát về các công cụ trong máy học ................................................................ 17 2.2.1. Giới thiệu về máy học ....................................................................................... 17 2.2.2. Giảm chiều dữ liệu ............................................................................................ 18 2.2.3. Chuẩn hóa dữ liệu ............................................................................................. 22 2.2.4. Phát hiện điểm bất thường ................................................................................ 23 2.2.5. Đọc một bảng Excel vào một pandas DataFrame ............................................. 26 iv Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ...................................................................... 28 3.1. Giới thiệu ................................................................................................................. 28 3.2. Tính toán và thiết kế hệ thống ................................................................................. 28 3.2.1. Thiết kế sơ đồ khối hệ thống ............................................................................ 28 3.2.2. Tính toán và thiết kế mạch ................................................................................ 29 3.2.3. Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch ........................................................................ 54 Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG ............................................................................. 55 4.1. Giới thiệu ................................................................................................................. 55 4.2. Thi công hệ thống .................................................................................................... 55 4.2.1. Thi công bo mạch ............................................................................................. 55 4.2.2. Lắp ráp và kiểm tra ........................................................................................... 56 4.3. Đóng gói và thi công mô hình ................................................................................. 58 4.4. Lập trình hệ thống ................................................................................................... 58 4.4.1. Lưu đồ giải thuật ............................................................................................... 58 4.4.2. Phần mềm lập trình cho máy tính nhúng .......................................................... 59 4.5. Quy trình đào tạo và phân loại dữ liệu .................................................................... 61 4.5.1. Quá trình thu thập dữ liệu chuẩn ...................................................................... 62 4.5.2. Quá trình đào tạo hệ thống ................................................................................ 62 4.5.3. Quá trình kiểm tra bộ nhận dạng ...................................................................... 63 4.5.4. Kết luận độ chính xác của bộ nhận dạng .......................................................... 64 4.6. Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng, thao tác ............................................................... 65 4.6.1. Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng ........................................................................ 65 4.6.2. Quy trình thao tác ............................................................................................. 66 Chương 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ ........................................................ 67 5.1. Kết quả .................................................................................................................... 67 5.2. Nhận xét-đánh giá ................................................................................................... 73 Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .................................................. 74 6.1. Kết luận ................................................................................................................... 74 6.2. Hướng phát triển ..................................................................................................... 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 75 PHỤ LỤC ......................................................................................................................... 76 v LIỆT KÊ HÌNH Hình 2.1: Cấu tạo máy biến dòng ........................................................................................ 4 Hình 2.2: Biến dòng dạng dây quấn .................................................................................... 5 Hình 2.3: Biến dòng dạng vòng ........................................................................................... 6 Hình 2.4: Biến dòng dạng khối ............................................................................................ 6 Hình 2.5: Mạch flash ADC 2 bit. ........................................................................................ 8 Hình 2.6: Tín hiệu tương tự và lượng tử hóa ..................................................................... 10 Hình 2.7: Nguyên lý mạch đo encoder .............................................................................. 12 Hình 2.8: Sơ đồ khối của một biến tần .............................................................................. 13 Hình 2.9: Cấu tạo của động cơ điện xoay chiều ................................................................ 15 Hình 2.10: Một GUI có dạng máy tính cầm tay ................................................................ 16 Hình 3.1: Sơ đồ khối toàn hệ thống ................................................................................... 28 Hình 3.2: Mạch đo điện áp ................................................................................................ 30 Hình 3.3: Mạch đo dòng điện ............................................................................................ 31 Hình 3.4: Mạch khuếch đại không đảo .............................................................................. 32 Hình 3.5: Dạng sóng mạch khuếch đại không đảo ............................................................ 32 Hình 3.6: Mạch khuếch đại đảo ......................................................................................... 33 Hình 3.7: Dạng sóng mạch khuếch đại đảo ....................................................................... 33 Hình 3.8: Mạch ghim điện áp ............................................................................................ 34 Hình 3.9: Dạng sóng mạch ghim điện áp .......................................................................... 34 Hình 3.10: Giản đồ hệ số công suất ................................................................................... 36 Hình 3.11: Dạng sóng điện áp, dòng điện trước và sau khi qua mạch so sánh ................. 37 Hình 3.12: Cos φ biểu diễn theo vòng tròn lượng giác ..................................................... 37 Hình 3.13: Mạch đo hệ số công suất ................................................................................. 38 Hình 3.14: Hình ảnh thực tế của ADS1115 ....................................................................... 39 Hình 3.15: Mạch encoder 20 xung .................................................................................... 45 Hình 3.16: Hình ảnh thực tế của Raspberry Pi 3 ............................................................... 46 Hình 3.17: Các chân của Raspberry Pi 3 ........................................................................... 47 Hình 3.18: Sơ đồ nguyên lý khối còi báo .......................................................................... 48 Hình 3.19: Còi báo............................................................................................................. 49 Hình 3.20: Biến tần Omron 3G3JX ................................................................................... 50 vi Hình 3.21: Động cơ giảm tốc của băng tải ........................................................................ 52 Hình 3.22: Mô hình băng tải .............................................................................................. 52 Hình 3.23: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn đôi .................................................................... 53 Hình 3.24: Sơ đồ nguyên lý toàn mạch ............................................................................. 54 Hình 4.1: Sơ đồ mạch in .................................................................................................... 56 Hình 4.2: Lưu đồ chương trình .......................................................................................... 58 Hình 4.3: Logo phần mềm Python .................................................................................... 59 Hình 4.4: Giao diện để lập trình Python ............................................................................ 60 Hình 4.5: Giao diện GUI ................................................................................................... 61 Hình 4.6: Lưu đồ thao tác hoạt động của mạch ................................................................. 66 Hình 5.1: Hình ảnh thực tế của đề tài ................................................................................ 68 Hình 5.2: Giá trị điện áp mà mạch đo được ...................................................................... 69 Hình 5.4: Giá trị điện áp khi đo bằng đồng hồ đo ............................................................. 69 Hình 5.5: Hình ảnh dữ liệu chuẩn sau khi được huấn luyện ............................................. 71 Hình 5.6: Hình ảnh một mẫu test bình thường .................................................................. 72 Hình 5.7: Hình ảnh một mẫu test bất thường .................................................................... 72 vii LIỆT KÊ BẢNG Bảng 2.1: Giá trị số ngõ ra sau khi giải mã. ........................................................................ 9 Bảng 2.2: Các thông số và thuộc tính của hàm giảm chiều dữ liệu .................................. 18 Bảng 2.3: Các thông số và thuộc tính của hàm chuẩn hóa dữ liệu .................................... 22 Bảng 2.4: Các thông số và thuộc tính của hàm phát hiện Outlier ..................................... 24 Bảng 2.5: Các thông số của hàm đọc định dạng excel ...................................................... 26 Bảng 3.1: Mô tả chân của ADS 1115 ................................................................................ 40 Bảng 3.2: Cấu hình 1 byte của thanh ghi (Write-Only) .................................................... 40 Bảng 3.3: Thanh ghi chuyển đổi (Read-Only) .................................................................. 41 Bảng 3.4: Cấu hình thanh ghi (Read/Write) ...................................................................... 41 Bảng 3.5: Các bit cấu hình bộ ghép kênh đầu vào. ........................................................... 42 Bảng 3.6: Dòng điện tiêu thụ của các linh kiện ................................................................. 53 Bảng 4.1: Danh sách các linh kiện. ................................................................................... 55 Bảng 4.2: So sánh mạch đo và thiết bị kiểm tra (TBKT) .................................................. 57 Bảng 4.3: Thống kê tính chính xác của bộ phân loại với băng tải .................................... 64 Bảng 5.1: Thông số kỹ thuật của mạch ............................................................................. 67 Bảng 5.2: Thống kê giá trị trung bình mẫu dữ liệu ........................................................... 70 viii TÓM TẮT ĐỀ TÀI Sự ổn định của các thiết bị trong một hệ thống giúp cho hệ thống đó hoạt động tốt hơn và kéo dài tuổi thọ, đồng thời giảm nguy cơ cháy nổ, hỏa hoạn do các vấn đề về điện gây ra, tạo sự an tâm và an toàn cho con người. Giám sát và phân tích hoạt động của băng tải là một hệ thống giúp cho con người biết được trạng thái hoạt động, sự ổn định và đưa ra các cảnh báo về những sự cố. Hệ thống thực hiện giám sát băng tải sử dụng máy tính nhúng đo các thông số điện áp, dòng điện, hệ số công suất, tốc độ quay của băng tải, từ những thông số đo được có thể tính toán được trạng thái thiết bị và chạy thuật toán máy học để học hỏi. Từ đó có thể dự đoán được độ ổn định của băng tải và trạng thái hiện tại có gì bất ổn để có những biện pháp tốt nhằm ổn định và tiết kiệm điện, đảm bảo an toàn cho con người và thiết bị điện hoạt động tốt, khi có những bất ổn được phát hiện, hệ thống sẽ tự động điều chỉnh và có những điều khiển nhằm ổn định hệ thống. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH Trang 1 Chương 1. TỔNG QUAN 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Điện năng đang trở thành một phần năng lượng không thể thiếu trong đời sống con người và trong công nghiệp hiện đại. Nó góp phần tạo nên sự văn minh của nhân loại, giúp cuộc sống của con người tiện nghi và hiện đại hơn. Chính vì thế việc duy trì sự ổn định và tiết kiệm điện năng là một vấn đề đang được chú ý và đầu tư ngày càng nhiều. Sự ổn định của các thiết bị đóng vai trò quan trọng trong sản xuất công nghiệp, đồng thời giảm nguy cơ cháy nổ, hỏa hoạn do các vấn đề về thiết bị gây ra, tạo sự an tâm và an toàn cho con người. Giám sát và phân tích trạng thái hoạt động của thiết bị và đưa ra các cảnh báo về sự cố của thiết bị là một phần không thể thiếu. Hiện nay trên thị trường có nhiều thiết bị điện nhằm bảo vệ và ổn định dòng điện như ổn áp, các loại CB chống dòng rò, chống giậtvà nhiều loại khác nhau. Nhưng chủ yếu chỉ hoạt động ngắt nguồn điện tự động mà không có khả năng tự động đóng điện lại khi hết sự cố, cũng như không thông báo cho người dùng biết được trạng thái hoạt động của thiết bị. Trong sản xuất công nghiệp việc sử dụng băng tải rất phổ biến và đóng vai trò quan trọng trong hoạt động của nhà máy. Giám sát và phân tích hoạt động của băng tải là hệ thống có thể đáp ứng các nhu cầu, chức năng cảnh báo và phát hiện những trạng thái bất thường của động cơ điện và băng tải. Đặc biệt với thuật toán máy học có thể dự đoán được các sự cố của băng tải. Ngoài ra máy học còn học hỏi theo thói quen của con người để có những dự đoán chính xác nhất nhằm bảo vệ thiết bị và giúp con người sớm phát hiện sự cố. Sự ổn định của hệ thống băng tải cũng đóng vai trò rất quan trọng trong việc vận chuyển sản phẩm từ công đoạn này qua công đoạn khác góp phần tăng tốc độ vận hành của nhà máy giúp tiết kiệm thời gi