ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG CÂN BẰNG
ĐỊNH LƯỢNG TRONG NHÀ MÁY SẢN
XUẤT XI MĂNG LÒ ĐỨNG
GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC
1
Với đề tài “Nghiên cứu hệ thống cân băng định lượng
trong nhà máy sản xuất xi măng lò đứng”.
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG TY XI MĂNG TIÊN SƠN – HÀ TÂY
1.1. Giới thiệu sơ lược về công ty:
Công ty xi măng Tiên Sơn tiền thân là nhà máy vôi đá, năm 1995 được sự quan
tâm chỉ đạo của Đảng và Nhà nước, nhà máy đã đầu tư xây xựng một dây chuyền sản
xuất xi măng có công 25Tấn/h và đưa vào hoạt động từ năm 1996,thiết bị và dây chuyền
công nghệ ban đầu được nhập khẩu hoàn toàn của Trung Quốc,với tổng giá trị đầu tư
ban đầu là 39 tỷ đồng.Sau gần 10 năm hoạt đông sản xuất cho tới nay nhà máy đã có
nhiều thay đổi sửa chữa nâng cấp thiết bị cũng như dây chuyền công nghệ,nhằm nâng
cao hiệu quả kinh tế trong quá trình sản xuất, đặc biệt là đã kết hợp cùng với trường Đại
Học Công Nghiệp Thái Nguyên để thiết kế cải tiến và thay thế một số thiết bị của dây
chuyền cân băng định lượng.
Với đội ngũ CBCNV giàu kinh nghiệm đã đưa nhà máy hoạt động ngày càng phát triển
đi lên,có hiệu quả kinh tế cao luôn đạt danh hiệu là đơn vị đi đầu cho ngành xi măng
trong khu vực.với cơ cấu sắp xếp tổ chức cán bộ hợp lý không những đã đưa nhà máy
hoạt động có hiệu quả kinh tế cao mà còn xứng danh là đơn vị vững mạnh trong công
tác tổ chức công đoàn và đoàn TN của khu vực.Với địa hình nhà máy được xây dựng
trên vùng đất của xã Hồng Quang – huyện Ứng Hoà tĩnh Hà Tây,khu sản xuất đặt sát với
GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC
2
núi thuận tiện cho việc khai thác đá nguyên liệu, văn phòng làm việc của công ty được
xây dựng cách nhà máy sản xuất khoảng 500m,thuận tiện cho việc quản lý và theo dõi
xử lý kịp thời những vướng mắc trong quá trình sản xuất, để tiện cho việc giao dịch và
tiêu thụ sản phẩm công ty đã xây dựng tất cả 3 văn phòng đại diện trên địa bàn các
huyện và tĩnh lân cận trong khu vực.Với phương châm phấn đấu sản xuất và tiêu thụ
150.000 tấn xi măng trên năm, trong nhiều năm nhà máy đã phải hoạt động liên tục hết
công suất để hoàn thành mọi chỉ tiêu đề ra, trong thời gian gần đây sản phẩm xi măng
của nhà máy sản xuất ra không đủ cung cấp cho thị trường trong tĩnh và trong nước,
hướng tới công ty muốn đầu tư nâng công suất sản xuất của nhà máy lên nhằm đảm bảo
đủ sản lượng để cung cấp cho thị trường tiêu thụ trong nước đặc biệt là thị trường trong
tĩnh Hà Tây và một số tĩnh lân cận.
1.2 Tìm hiểu về tổ chức hoạt động của công ty :
Được biết công ty hoạt động sản xuất có hiệu quả, sản phẩm sản xuất ra được
người tiêu dùng ưa chuộng là nhờ có bộ máy lãnh đạo tốt, kết hợp với việc bố trí sắp
xếp công việc hợp lý cho từng CBCNV . Qua tìm hiểu được biết sơ đồ tổ chức của công
ty như sau : (Hình 1.1)
GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC
3
Hình 1.1 – Sơ đồ tổ chức công ty xi măng Tiên Sơn
1.3.Quy trình công nghệ sản xuất xi măng – Nhà máy xi măng Tiên Sơn:
Với thiết kế quy trình công nghệ gồm hai dây chuyền hoạt động song song với
nhau nhà máy đã sản xuất rất có hiệu quả, tránh được việc lãng phí thời gian và nguyên
vật liệu trong quá trình sản xuất, kết hợp với việc cải tạo thay thế một số thiết bị trong
dây chuyền, nên hiện nay nhà máy đã thuộc diện một trong những nhà máy sản xuất xi
măng hiện đại của nước ta. Đặc biệt là hệ thống cân băng định lượng, công ty đã kết hợp
với trường đại học công nghiệp – Thái Nguyên để cải tạo và thay thế hệ thống cân băng
định lượng, trước đây sử dụng theo nguyên lý cấp liệu rung, thay vào đó nay được lắp
Giám Đốc
Phụ trach chung
P.Giám Đốc
VTVT(QMR)
P.Giám Đốc
Phụ trach SX
PHÒNG
KTCN
BAN
ISO
PHÒNG
VTVT
PHÒNG
TCHC
PHÒNG
VTTK
PHÒNG
KHĐĐ
PHÒNG
T.PHẨM
PX
Cơ điiện
PX
Liệu
PX
Lò
PX
K.thác đá
PX
T.phẩm
GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC
4
đặt hệ thống cân cấp liệu tự động điều khiển bằng biến tần, thiết bị hiện đại được mô
phỏng trên máy tính. Dưới đây là sơ đồ khối dây chuyền sản xuất xi măng của nhà máy
xi măng Tiên Sơn–Hà Tây (Hình 1.2):
GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC
5
H20
Lò nung số 1+2
Kiểm tra
H20
Nghiền liệu số 1 + 2
Máy hút bụi
Phân ly số 1 + 2
Hạt thô
Kiểm tra
Si lô 6,7,8
Máy hút bụi
Đồng nhất
B
Trộn ẩm 1+2
Vê viên 1+2
Kiểm tra
Máy hút bụi
Kiểm tra
Kiểm tra
Thạch cao
Phụ gia
A
Đập,nạp
GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC
6
Nhập kho
B
Si lô 9,10,11
Si lô 12,13
Máy hút bụi
Nghiền xi số 3+4
Máy hút bụi
Hệ thống cân băng định lượng số 3+4
Phân ly số 3+4
Hạt thô
Si lô 14,15,16
Máy hút bụi
Đồng nhất
Đóng bao
Kiểm tra
D
Kiểm tra
Kiểm tra
Kiểm tra
Kiểm tra
GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC
7
Hình 1.2 – Sơ đồ khối dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng –Cty xi măng Tiên Sơn
1.4. Thuyết minh sơ đồ công nghệ:
1.4.1 Công đoạn chuẩn bị nguyên liệu.
Nguyên liệu để sản xuất xi măng chủ yếu là đá vôi, ngoài ra còn có các loại phụ
gia khác như than, đất, quặng sắt, thạch cao. Với điều kiện thuận lợi là nguyên liệu ở
gần sát nhà máy, đá sau khi được khai thác được hệ thống các băng tải cao su vận
chuyển về nơi tập kết và được phân loại (đá vôi đen, đá vôi xanh), kiểm tra chất lượng.
Đá đạt chất lượng có kích thước giới hạn là 350 mm.
Đá đã đạt chất lượng được đưa xuống các máng đá, từ các máng đá này, được các
băng tải xích tấm đưa đến các máy kẹp hàm đá để thực hiện công đoạn đập đá lần thứ
nhất. Sau khi qua các máy kẹp hàm này thì kích thước đá đạt kích thước giới hạn là 80
mm.
Sau khi qua công đoạn đập đá lần 1, đá được hệ thống băng tải cao su đưa vào
máy đập búa để thực hiện công đoạn đập đá lần 2. Qua khỏi công đoạn này, đá nguyên
liệu đạt kích thước 25 mm và được hệ thống gàu tải xúc lên đổ vào các xilo 1 và 2.
Các loại phụ gia khác thì được đưa từ các nơi về và tập kết ở kho chứa phụ gia.
qua công đoạn đập nhỏ, sấy, sàng phân loại để có được kích cỡ quy định tạo điều kiện
cho máy nghiền đạt năng suất sau đó được đổ vào các xilo 3và 4.
Riêng phụ gia đá thạch cao thì cũng như đá nguyên liệu (đá vôi) được máy kẹp
hàm đập nhỏ rồi được gàu tải xúc lên chứa trong xilo 5.
1.4.2 Công đoạn phối và nghiền nguyên liệu.
Đây là công đoạn quan trọng, quyết định chất lượng sản phẩm của công nghệ sản
xuất xi măng lò đứng. Đảm nhận công đoạn quan trọng này chính là hệ thống cân băng
định lượng điều khiển bằng máy vi tính. Hệ thống gồm 06 bộ cân băng được đặt dưới
đáy các xilo theo thứ tự từ cuối băng tải chính đến miệng máy nghiền là : Đá 1, đá 2,
than, quặng sắt, thạch cao. Nhiệm vụ chính của các cân băng đáp ứng sự ổn định về lưu
lượng và điều khiển lượng nguyên liệu cấp này sao cho phù hợp với yêu cầu công nghệ
đặt ra.
Nguyên liệu từ đáy các xilo được trút lên mặt các băng tải cân băng qua hệ thống
cấp liệu. Mỗi cân băng trong hệ thống nhận 1 nhiệm vụ khác nhau (vận chuyển các
nguyên liệu khác nhau với 1 lưu lượng khác nhau) nhằm mục đích khống chế và điều
chỉnh (tốc độ băng) sao cho lưu lượng liệu nhận được ứng với giá trị đặt trước theo yêu
cầu công nghệ sản xuất với sai số bé hơn hoặc bằng giá trị cho phép.
GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC
8
Hệ thống 06 cân băng định lượng này đổ nguyên liệu lên 1 băng tải cao su và
băng tải này có nhiệm vụ vận chuyển nguyên liệu (đã được phối) đổ vào máy ngiền bi
thực hiện nghiền thành bột liệu. Các hạt bột liệu đạt tiêu chuẩn (về kích thước) sẽ được
hệ thống gàu tải xúc lên đổ vào cá xilo chứa, các hạt chưa đạt (có độ mịn > 10% trên
sàng 4900 lỗ/cm2 ) sẽ được máy phân ly đưa trở lại vào đầu máy nghiền để nghiền lại.
Tỷ lệ phối liệu theo định mức sau:
Đá1:
từ (29 ÷ 37%)
Đá2 :
từ (32 ÷ 40%)
Quặng sắt :
6%
Than đá :
16%
Đất sét :
4%
Thạch cao :
5%
1.4.3 Công đoạn nung luyện clinke.
Đây cũng là 1 trong những công đoạn quyết định chất lượng của sản phẩm. Bột
liệu được lấy ra và được đồng nhất bằng hệ thống rút liệu,sau đó qua hệ thống máy trộn
ẩm đạt độ ẩm 60% rồi đưa vào máy vê viên kiểu sàng quay. Những viên liệu có kích cỡ
6 → 8 mm sẽ được đổ xuống 1 băng tải cao su rồi đưa vào hệ thống cấp liệu cho lò
nung, các viên liệu được cấp vào lò bằng cách rãi đều từng lớp một và được nung ở
nhiệt độ 1500oc sau đó được rút ra bằng hệ thống máy ghi xả. Lúc này các viên liệu đã
trở thành clinke và dính vào nhau thành từng tảng có kích thước khoảng 80 → 100 mm.
Hệ thống ghi xả sẽ xả clinke nóng lên băng tải xích tấm đặt ngay dưới đáy lò và các tảng
clinke được đưa vào máy kẹp hàm clinke để đập nhỏ. Tuỳ theo chất lượng clinke tốt hay
xấu mà được đưa vào chứa trong các xilo riêng (Để sau này rút ra và phối với các lượng
phụ gia khác nhau.
1.4.4 Công đoạn nghiền clinke thành ximăng thành phẩm và đóng bao xi măng.
Clinke sau khi được các bộ phận chức năng kiểm tra chất lượng, clinke được hệ
thống cân băng định lượng phối cùng với các thành phần đá mỡ, thạch cao, đất pháp cổ,
xỉ bông theo một tỷ lệ nhất định, sau đó được hệ thống băng tải cao su đưa vào máy
nghiền bi. Sản phẩm sau máy nghiền chính là xi măng thành phẩm. Các hạt xi măng
chưa đạt (có độ mịn > 10% trên sàng 4900 lỗ/cm2 ) sẽ được máy phân ly đưa trở lại vào
đầu máy nghiền để nghiền lại. Sản phẩm xi măng đạt chất lượng được đổ vào các xilo
14, 15, 16. Sau khi để nguội thì được đưa vào máy đóng bao, thành phẩm được đóng
kho kết thúc quy trình sản xuất.
GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC
9
Chương 2
MÔ TẢ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÂN BĂNG PHỐI LIỆU
2.1. Khái niệm:
Cân băng định lượng là bao gồm các thiết bị ghép nối với nhau mà thành, cân
băng định lượng của nhà máy sản xuất xi măng là cân định lượng băng tải, được dùng
cho hệ thống cân liên tục (liên tục theo chế độ dài hạn lặp lại). Thực hiện việc phối liệu
một cách liên tục theo tỷ lệ yêu cầu công nghệ đặt ra.
Trong các nhà máy sản xuất công nghiệp, các dây chuyền sản xuất xi măng, hệ
thống cân băng định lượng còn đáp ứng sự ổn định về lưu lượng liệu và điều khiển
lượng liệu cho phù hợp với yêu cấu, chính vì nó đóng một vai trò rất quan trọng trong
việc điều phối và hoạch định sản xuất, do đó nó quyết định vào chất lượng sản phẩm,
góp phần vào sự thành công của công ty.
Cân băng định lượng trong nhà máy sản xuất xi măng là cân băng tải, nó là thiết bị
cung cấp kiểu trọng lượng vật liệu được chuyên trở trên băng tải mà tốc độ của nó được
điều chỉnh để nhận được lưu lượng vật liệu ứng với giá trị do người vận hành đặt trước.
2.2. Cấu tạo của cân băng định lượng :
1
3
6
7
8 9
4
10
2
5
Hình 2.1: Sơ đồ cấu tạo cân băng định lượng.
GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC
10
Cấu tạo của cân băng định lượng gồm các phân sau:
1: Phễu cấp liệu
2: Cảm biến trọng lượng (Load Cell).
3: Băng truyền.
4: Tang bị động.
5: Bulông cơ khí.
6: Tang chủ động.
7: Hộp số.
8: SenSor đo tốc độ.
9: Động cơ không đống bộ (được nối với biến tần)
10: Cảm biến vị trí
2.3. Tế bào cân đo trọng lượng:
Là thiết bị đo trọng lượng trong hệ thống cân định lượng bao gồm 2 loại tế bào là
loại SFT (Smat Foree Tran Sduer) và tế bào cân Tenzomet.
2.3.1. Nguyên lý tế bào cân số SFT:
Tải trọng cần đo
Ngưỡng hạn
chế
Dây rung
Giao thức truyền tin nối tiếp
Hình 2.1: Sơ đồ tế bào cân số SFT
Bộ chuyển đổi
Cảm biến
nhiệt độ
Bộ vi xử lý
N
S
S
N
GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC
11
Đầu đo trọng lượng là nơi đặt tải cần đo, nó truyền lực tác động trực tiếp của tải lên
một đây dẫn đặt trong từ trường không đổi. Nó làm thay đổi sức căng của dây dẫn nên
dây dẫn bị dao động (bị rung). Sự dao động của dây dẫn trong từ trường sinh ra sức điện
động cảm ứng. Sức điện động này có tác động chặt chẽ lên tải trọng đặt trên đầu đo.
Đầu cảm biến nhiệt độ xác định nhiệt độ của môi trường để thực hiện việc chỉnh định
vì các phần tử SFT phụ thuộc vào rất nhiều vòng nhiệt độ.
Bộ chuyển đổi : Chuyển đổi các tín hiệu đo lường từ đầu đo thành dạng tín hiệu số.
Bộ xử lý : Xử lý tất cả các tín hiệu thu được và các tín hiệu ra bên ngoài theo phương
thức truyền tin nối tiếp.
Bảng thống kê một số loại tế bào
Tải định mức
20kg
30kg
100kg
120kg
200kg
300kg
Tải cực đại
30kg
45kg
150kg
180kg
300kg
450kg
Phạm vi nhiệt độ
cho phép
-10÷ 60oc -10÷60oc -10÷40oc
-10÷60oc -10÷40oc -10÷60oc
Giao thức truyền
tin nối tiếp với
bên ngoài
RS 422
RS 485
RS 422
RS 485
RS 422
RS 485
RS 422
RS 485
RS 422
RS 485
RS 422
RS485
Năng lượng tiêu
thụ
1w
1w
1w
1w
1w
1w
Khoảng ghép nối
500m
500m
500m
500m
500m
500m
Độ phân giải
3,4g
5g
0,0001%
0,0001%
0,0001% 0,0001%
GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC
12
2.3.2. Nguyên lý tế bào cân Tenzomet:
R-ΔR R +ΔR
UN
R+ΔR R-ΔR
Ur
Hình 2.2: Sơ đồ cầu tế bào cân Tezomet.
Nguyên lý tế bào cân Tenzomet dựa theo nguyên lý cầu điện trở, trong đó giá trị điện
trở của các nhánh cầu thay đổi bởi ngoại lực tác động lên cầu. Do đó nếu có một nguồn
cung cấp không đổi (UN=const) thì hai đường chéo kia của cầu ta thu được tín hiệu thay
đổi theo tải trọng đặt lên cầu. Khi cầu cân bằng thì điện áp ra Ur=0. Khi cầu điện trở
thay đổi với giá trị ΔR thì điện áp ra sẽ thay đổi, lúc này điện áp ra được tính theo công
thức.
ΔR
( 2.1) Ur=UN *
R
Trong đó: UN – điện áp nguồn cấp cho đầu đo
Ur – điện áp ra của đầu đo
ΔR – lượng điện trở thay đổi bởi lực kéo trên đầu đo
R – giá trị điện trở ban đầu của mỗi nhánh cầu.
với R tỷ lệ với khối lượng vật liệu trên băng cân thì thấy tín hiệu Ura là khuyếch đại nên
sau đó gửi tín hiệu này qua biến đổi A/D vào bộ điều khiển để xử lý.
GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC
13
Giả sử cấp cho đầu vào cầu cân một điện áp là UN=10v thì cứ 100kg vật liệu trên băng
LoadCell sẽ chuyển thành 2mv/v tương ứng. Lúc này, điện áp ra của cầu cân sẽ là
Ura=20mv
Bảng thống kê một số tế bào cân Tenzomet
Tải định mức
20 30 50 70 100 150 250 300
Tải cực đại
150% tải định mức
Sai số
< 0.015%
Phạm vi điều chỉnh
-10 ÷ 40
Nguồn cung cấp
-10 ÷ 15
2.3.3. Chuẩn bì:
Sau khi đã chỉnh định cảm biến trọng lượng thì tiến hành chuẩn bì cho cân bằng cách
thực hiện chức năng (chuẩn bì tự động ). Xác định sự trượt của băng trong lúc trừ bì
băng tải rỗng, bộ điều khiển ghi vào bộ nhớ số phân đoạn thực của băng tải giữa 2 lần
quay lại của thiết bị định vị (Belt in dex) và so sánh với phân đoạn đã ghi trong bộ nhớ.
Nếu có sự sai khác tức là đã có sự trượt của băng trên puly truyền động và bộ điều khiển
sẽ báo động.
2.4. Nguyên lý tính lưu lượng của cân băng định lượng:
2.4.1. Nguyên lý tính lưu lượng:
Cân băng định lượng (cân băng tải) là thiết bị cung cấp liệu kiểu trọng lượng.Vật
liệu được chuyên trở trên băng tải, mà tốc độ của băng tải được điều chỉnh để nhận được
lưu lượng đặt trước khi có nhiều tác động liên hệ(liệu không xuống đều).
Cầu cân về cơ bản bao gồm : Một cảm biến trọng lượng (LoadCell) gắn trên giá
mang nhiều con lăn. Trọng lượng của vật liệu trên băng được bốn cảm biến trọng lượng
(LoadCell) chuyển đổi thành tín hiệu điện đưa về bộ xử lý để tính toán lưu lượng.
Để xác định lưu lượng vật liệu chuyển tới nơi đổ liệu thì phải xác định đồng thời
vận tốc của băng tải và trọng lượng của vật liệu trên 1 đơn vị chiều dài. Trong đó tốc độ
của băng tải được đo bằng cảm biến tốc độ có liên hệ động học với động cơ.
Tốc độ băng tải V (m/s) là tốc độ của vật liệu được truyền tải. Tải của băng truyền
là trọng lượng vật liệu được truyền tải trên một đơn vị chiều dài
∂ (kg/m).
GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC
14
Cân băng tải có bộ phận đo trọng lượng để đo ∂ và bộ điều khiển để điều chỉnh tốc độ
băng tải sao cho điểm đổ liệu, lưu lượng dòng chảy liệu bằng giá trị đặt do người vận
hành đặt trước.
Bộ điều khiển đo tải trọng trên băng truyền và điều chỉnh tốc độ băng đảm bảo lưu
lượng không đổi ở điểm đổ liệu.
(2.2) Q = ƍ * V
Trọng lượng tổng trên băng là lực Fc(N) được đo bởi hệ thống cân trọng lượng và ∂,
được tính theo biểu thức:
(2.3) ƍ
g
L
FC
2
=
trong đó : L - chiều dài của cầu cân
g - gia tốc trọng trường (g=9,8 m/s2)
Lực hiệu dụng Fm(N) do trọng lượng của vật liệu trên băng tải gây nên:
(2.4) Fm =Fc – F0
Trong đó : F0 – là lực đo trọng lượng của băng tải cả con lăn và giá đỡ cầu cân.
Tải trọng trên băng truyền có thể tính là:
(2.5) ƍ = S * γ
Trong đó : γ - khối lượng riêng của vật liệu (kg/m3)
S - tiết diện cắt ngang của vật liệu trên băng (m2)
Do đó lưu lượng có thể tính là:
(2.6) Q =
g
L
V
Fc
g
L
V
Fc
*
*
2
2
*
=
2.4.2. Đo trọng lượng liệu trên băng tải:
Trọng lượng đo nhờ tín hiệu của LoadCell bao gồm trọng lượng của băng tải và trọng
lượng vật liệu trên băng. Vì vậy để đo được trọng lượng của liệu thì ta phải tiến hành trừ
bì (tức là trừ đi trọng lượng của băng tải ).
Bộ điều khiển xác định trọng lượng của liệu nhờ trừ bì tự động các phân đoạn băng
tải.
GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC
15
* Nguyên lý của quá trình trừ bì như sau :
Băng tải phải được chia thành các phân đoạn xác định. Trong lúc trừ bì băng tải rỗng
(không có liệu trên băng) trọng lượng của mỗi đoạn băng được ghi vào bộ nhớ. Khi vận
hành bình thường cân băng tải trọng lượng của mỗi vật liệu trên mỗi phân đoạn được
xác định bằng cách lấy trọng lượng đo được trên đoạn đó trừ đi trọng lượng băng tải
tương ứng đã ghi trong bộ nhớ. Điều này đảm bảo cân chính xác trọng lượng liệu ngay
cả khi dùng băng tải có độ dày không đều trên chiều dài của nó. Việc điều chỉnh trọng
lượng cần phải thực hiện đồng bộ với vị trí của băng (belt index được gắn trên băng)
mới bắt đầu thực hiện trừ bì. Khi ngừng cân vị trí của băng tải được giữ lại trong bộ nhớ
do đó ở lần khởi động tiếp theo việc trừ bì được thực hiện ngay.
2.5. Khái quát về điều chỉnh cấp liệu cho cân băng:
Việc điều chỉnh cấp liệu cho băng cân định lượng chính là điều chỉnh lưu lượng liệu
cấp cho băng cân.
*Thực hiện bằng 3 phương pháp:
- Phương pháp 1: Điều chỉnh cấp liệu kiểu trôi
Phương pháp này điều chỉnh cấp liệu bằng tín hiệu của sensơr cấp liệu kiểu trôi để điều
khiển 5 thiết bị cấp liệu.
Vị trí của sensơr cấp liệu theo kiểu trôi được đặt ở phía cuối của ống liệu.
- Phương pháp 2: Điều chỉnh cấp liệu liên tục.
Phương pháp này điều chỉnh cấp liệu liên tục cho băng cân định lượng sử dụng bộ
điều chỉnh PID để điều chỉnh cấp liệu (có thể là van cấp liệu hoặc van quay) để đảm bảo
cho lượng tải trên một đơn vị chiều dài băng tải là không đổi. Bộ PID có tác dụng điều
chỉnh nếu lưu lượng thể tích của liệu trên băng thay đổi theo phạm vi ±15% và bộ PID
chỉ hoạt động sau khi băng đã hoạt động.
* Nhận xét 2 phương pháp trên:
Hai phương pháp trên điều chỉnh cấp liệu khác hẳn nhau về bản chất. Xét về độ
chính xác điều chỉnh thì phương pháp 2 hơn hẳn phương pháp 1, thời gian điều chỉnh
nhỏ, thiết bị cấp liệu làm việc ổn định không bị ngắt quãng, nhưng phạm vi điều chỉnh
không rộng. Phương pháp 1 đơn giản hơn, phạm vi điều khiển rộng hơn và có thể dược
GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC
16
đặt bởi người sử dụng, nhưng trong phạm vi điều chỉnh thiết bị phải làm việc gián đoạn
thì ảnh hưởng không tốt đến tuổi thọ của thiết bị.
- Phương pháp 3: Điều chỉnh mức vật liệu trong ngăn xếp:
Phương pháp điều chỉnh mức liệu trong ngăn xếp có thể coi là sự kết hợp của 2
phương pháp trên : phương pháp điều chỉnh gián đoạn và điều chỉnh liên tục. Phương
pháp này tận dụng những ưu điểm và khắc phục nhưng nhược điểm của 2 phương pháp
trên và được thiết kế đặc biệt cho các băng cân định lượng.
2.6 Cấu trúc của một hệ cân:
2.6.1 Cấu tạo chung của hệ cân:
Hình 2.3. Sơ đồ cấu trúc của một hệ thống
Cấu tạo của hệ thống bao gồm:
1- Gồm 06 hệ cân liệu từ đá Đ1 cho tới Thạch cao .Các cân này có kích
thước: chiều dài là 3910mm, rộng 1250mm, cao 1150mm, chiều rộng mặt băng 650mm,
tốc độ của băng 0.5÷1m/s, sơ đồ cấu tạo như hình 1.1, hệ truyền động sử
dụng hai loại động cơ đó là 1.5kw và 0.75kw, tốc độ của động cơ truyền động đều là
:
nd : 970 v/p
Hiệu suất hộp số :
η2 : 0,8
Tỷ số truyền giữa băng răng 1 và 2:
Hệ cân
Đ2
Hệ cân
Đ1
Hệ cân
than
Hệ cân
quặng
Hệ cân
đất
Hệ cân
thạch cao
Băng tải chính
GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC
17
i =
5
,
1
26
40 =
2- Băng tải chính.Có thông số kỹ thuật như sau:
- Chiều dài tổng thể của băng tải:
- Chiều rộng :
- Chiều cao :
- Chiều rộng mặt băng :
- Công suất động cơ truyền động:
- Tốc độ động cơ truyền động :
- Tỷ số truyền của hộp số :
- Vận tốc của băng tải :
Cấu trúc của một hệ cân trên dây chuyền bao gồm 06 hệ thống cân băng và một băng tải
chính, trong quá trình làm việc 06 cân băng trên sẽ đồng thời đổ liệu xuống băng tải
chính, toàn bộ phối liệu được băng tải chính vận chuyển vào Silô trộn để đưa vào máy
nghiền.
Chương 3
TÍNH TOÁN LỰA CHỌN HỆ THỐNG TĐĐ CHO CÂN CẤP THAN
3.1. Hoạt động của cân băng:
GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC
18
LoadCell Hộp giảm tốc Máy phát tốc Đcơ KĐB
AC
P
V
Hình 3.1: Sơ đồ cấu trúc hệ thống cân băng định lượng.
Trong đó :
Động cơ sử dụng là động cơ không đồng bộ ba pha rô to lồng sóc, tốc độ của động
cơ đo được nhờ sensơr đo tốc độ (máy fát xung).
Số xung phát ra từ máy phát xung tỷ lệ với tốc độ động cơ và được đưa về bộ điều
khiển.
Bộ điều khiển (dùng vi xử lý) điều chỉnh tốc độ của băng tải và lưu lượng liệu ở
điểm đổ liệu sao cho tương ứng với giá trị đặt.
Bộ cảm biến trọng lượng (LoadCell) biến đổi trọng lượng nhận được trên băng
thành tín hiệu điện đưa về bộ khuyếch đại.
Điều chỉnh tốc độ của động cơ bằng cách điều chỉnh tần số cấp nguồn cho động cơ.
3.2. Hệ điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ dùng biến tần:
3.2.1. Khái quát về động cơ không đồng bộ:
MÁY
FÁT
XUNG
BỘ
KHUYẾCH
ĐẠI
BỘ ĐIỀU
KHIỂN
Nt
FT
M
BIẾN
TẦN
GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC
19
Động cơ không đồng bộ (KĐB) có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo vận hành đơn giản an
toàn, sử dụng trực tiếp từ lưới điện xoay chiều 3 pha nên động cơ KĐB được sử dụng
rộng rãi trong công nghiệp, từ công suất nhỏ đến công suất trung bình nó chiếm tỷ lệ lớn
so với động cơ khác. Trước đây do các hệ thống truyền động động cơ KĐB có điều
chỉnh tốc độ lại chiếm tỷ lệ nhỏ do việc điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB khó khăn hơn
nhiều so với động cơ 1 chiều. Ngày nay do việc phát triển của công nghệ chế tạo bán
dẫn công suất và kỹ thuật tin học. Nên động cơ KĐB phát triển và dần có xu hướng
thay thế động cơ 1 chiều trong các hệ truyền động.
Khác với động cơ 1 chiều, động cơ KĐB được cấu tạo bởi phần cảm và phần ứng
không tách biệt. Từ thông động cơ cũng như mômen động cơ sinh ra phụ thuộc vào
nhiều tham số. Do vậy hệ điều chỉnh tự động truyền động điện động cơ KĐB là hệ điều
chỉnh nhiều tham số có tính phi tuyến mạnh.
Phương trình đặc tímh:
(3.1)
M =
*
*
*
3
2
1
s
R
U
ω
Trong đó :ω1- là tốc độ góc của từ trường quay
(3.2)
ω1 =
p
f
n
1
*
2
với f1 - là tần số điện áp của Stator
p - là số đôi cực
U1- trị số hiệu dụng điện áp pha của stator
R1- điện trở cuộn dây của stator
R2- điện trở rotor đã quy đổi về stator
Xnm - điện kháng ngắn mạch
S - hệ số trượt của động cơ
(3.3)
S =
1
1
ω
ω
ω −
với ω - hệ số góc của động cơ
phương trình trên cho ta thấy M = f(s) phụ thuộc vào các đại lượng U1,ω1,R2. Tương ứng
với các đại lượng ta có 4 phương pháp để điều chỉnh điện áp như sau:
- Phương pháp điều chỉnh mạch rotor.
GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC
20
- Điều chỉnh điện áp Stator cấp cho động cơ.
- Điều chỉnh công suất trượt
- Điều chỉnh công suất nguồn cấp cho động cơ.
Phương pháp điều chỉnh điện áp stator và điều chỉnh Rotor áp dụng chủ yếu cho việc
điều khiển động cơ KĐB 3 pha rotor lồng sóc trước đây rất khó thực hiện. Ngày nay do
sự phát triển mạnh mẽ của điện tử công suất và kỹ thuật vi sử lý đã mở ra có hiệu quả
phương pháp điều khiển động cơ KĐB lồng sóc bằng điều khiển biến tần, phương pháp
này cho phép điều chỉnh tốc độ động cơ trong phạm vi rộng với độ chính xác cao.
Tốc độ động cơ được tính theo công thức:
(3.4)
n1=
p
f1
*
60
Từ công thức trên cho ta thấy việc điều chỉnh động cơ KĐB phụ thuộc vào sự biến đổi
tần số lưới điện. khi điều chỉnh tần số thì tốc độ động cơ cũng thay đổi theo.
Khi thay đổi tần số lưới điện cùng với việc bỏ qua điện trở dây quấn stator, tức là coi
R1=0 thì mômen tới hạn đạt cực đại :
(3.5)
n
n
th
X
U
X
n
U
M
*
2
3
*
55
.
9
2
3
1
2
1
1
2
1
ω
=
=
Trong đó:
(3.6)
Xn = ω1* Ln
(3.7)
Æ
n
th
L
f
P
U
M
*
*
)
2
(
2
*
3
2
1
2
2
2
1
π
=
Đặt
=
=
n
L
P
a
*
)
2
(
2
3
2
2
π
const
(3.8)
Æ
2
1
2
1
3
f
U
a
M th =
Biểu thức trên cho thấy khi tăng tần số nguồn (f1> f1dm) mà giữ nguyên U1 thì
momen tới hạn cực đại
2
1
1
~
f
M th
sẽ giảm rất nhiều. Do đó, khi thay đổi tần số f1 thì nên
thay đổi đồng thời cả điện áp U1 theo một quy luật nhất định để đảm bảo sự làm việc
tương ứng giữa momen động cơ và momen phụ tải (hay tránh tình trạng động cơ bị quá
GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC
21
dòng). Tức là tỷ số giữa momen cực đại của động cơ và momen phụ tải tĩnh đối với các
đặc tính cơ là hằng số:
(3.9)
M
M th
=
λ
=const
Trường hợp tần số giảm (f1< f1dm) nếu giữ nguyên điện áp U1 thì momen và dòng
điện động cơ sẽ tăng rất lớn. Nên khi giảm tần số thì phải giảm điện áp theo một quy
luật nhất định sao cho động cơ sinh ra được momen như trong chế độ định mức.
Đặc tính cơ khi f1< f1dm với điều kiện từ thông φ = const (hoặc gần đúng giữa
1
1
f
U
= const thì Mth được giữ không đổi ở vùng f1< f1d
Hình 3.2. Đặc tính cơ khi thay đổi tần số động cơ không đồng bộ
3.2.2. Mô tả động cơ không đồng bộ dưới dạng các đại lượng vectơ :
Khi điều chỉnh tần số ĐKB, thường kéo theo điều chỉnh cả điện áp, dòng điện hoặc
từ thông mạch stato, do tính chất phức tạp của quá trình điện từ trong ĐKB, nên các
phương trình , biểu thức đã phân tích không sử dụng trực tiếp được cho trường hợp điều
chỉnh tần số. Để thuận tiện cho việc khảo sát hệ thống điều chỉnh tần số, dưới đây nêu ra
phương pháp đánh giá quá trình điện từ dưới dạg vectơ.
Trong động cơ KĐB, ít nhất có 06 cuộn dây trên mach từ, phương trình cân bằng
điện áp của mỗi cuộn như sau:
(3.10)
uk = Rkik +
dt
k
dΨ
0
ω14
ω13
ω1đ
ω12
ω11
ω
f11
f12
f1 > f1đm
f1đm
F13
F14
f1 < f1đm
M
GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC
22
trong đó chỉ số k là tên của dây quấn.
Nếu coi mạch từ là tuyến tính và bỏ qua tổn hao sắt thì mômen điện từ của động cơ
là:
(3.11)
M = ∑ik
dt
k
ψ
∂
Để đơn giản trong khi viết, coi động cơ có hai cực (p’ = 1) – Xem hình 3.1, trong đó
các chỉ số băng chữ thường a,b,c Chỉ các dây quấn pha stato, các chỉ số bằng chữ in hoa
A,B,C Chỉ các pha rôto, góc lệch giữa dây quấn rôto và dây quấn stato là v thì tốc độ sẽ
là đạo hàm của góc này.
(3.12)
ω =
dt
dϑ Từ thông móc vòng của các dây quấn
(3.13)
ψk = ∑Lkjij,
trong đó j cũng là chỉ số của các pha dây quấn,
Khi j = k – có từ thông tự cảm,
j ≠ k – có từ thông hổ cảm,
Để điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB rôto lồng sóc có nhiều phương pháp như :
- Điều chỉnh tốc độ băng bộ điều pha điện áp
- Điều chỉnh tốc độ bằng bộ biến tần nguồn dòng
- Điều chỉnh tốc độ bằng bộ biến tần nguồn áp
Do đặc điểm của cân băng này là sử dụng động cơ truyền động có công suất nhỏ
dưới vài kw nên bộ biến đổi được dùng ở đây là biến tần tranzito,nguồn áp biến điệu bề
rộng xung.
3.2.3. Điều chỉnh tần số động cơ bằng biến tần:
Muốn điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng cách thay đổi tần số ta phải có một bộ
nguồn xoay chiều có thể điều chỉnh tần số điện áp một cách đồng thời thông qua một
biến tần.
Để tạo ra các bộ biến tần có U và f thay đổi được người ta đã thiết kế ra nhiều loại
biến tần nhưng trong đồ án này ta chỉ xét đến bộ biến tần nguồn áp làm việc theo
GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC
23
nguyên lý điều biến độ rộng xung (PWM - Pulse Width Modulation). Bộ biến tần này
đáp ứng được yêu cầu điều chỉnh, đồng thời nó còn tạo ra được điện áp và dòng điện
gần giống hình sin.
Hình 3.3. Sơ đồ mạch lực bộ biến tần nguồn áp dùng Tranzitor
Dùng phương pháp PWM ta có giản đồ điện thế và điện áp pha A như sau:
0
π/2
2
π
3π/2
2π
0
GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC
24
Hình 3.4 Phương pháp PWM
- Sơ đồ biến tần ba pha dùng Tranzitor gồm:
Bộ nghịch lưu biến đổi điện áp một chiều từ nguồn cấp thành điện áp xoay chiều
có tần số biến đổi được. Điện áp xoay chiều qua bộ lọc và đưa vào sơ đồ cầu Tranzitor.
Sơ đồ biến tần Tranzitor ba pha dùng 6 Tranzitor công suất T1 ữT6 và 6 điốt T7
ữT12 đấu song song ngược với các Tranzitor tương ứng.
Tín hiệu điều khiển Vb được đưa vào bazơ của Tranzitor có dạng chữ nhật, chu kỳ
là 2π, độ rộng là π/2.
Khi Vb = “0” --> Tranzitor bị khóa
Vb = “1” –> Tranzitor mở bão hòa
Các Tranzitor được điều khiển theo trình tự 1,2,3,4,5,6,1…
Các tín hiệu điều khiển lệch nhau một khoảng bằng π/3.
3.2.4. Luật điều chỉnh tần số – điện áp theo khả năng quá tải:
Khi điều chỉnh tần số thì trở kháng, từ thông, dòng điện v.v… của động cơ đều
thay đổi, để đảm bảo một số chỉ tiêu điều chỉnh mà không làm động cơ bị quá nóng thì
