Chương III: Nguyên cứu hệ thống điều khiển cân Dosomat

27
Chương III
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
CÂN DOSIMAT
Cân Dosimat là hệ thống điều khiển tự động điều chỉnh lượng liệu vào
máy nghiền theo yêu cầu công nghệ. Đồng thời cân mức liệu đổ vào máy
nghiền theo thời gian tấn/giờ và đưa lên đồng hồ chỉ thị báo cho người vận
hành biết.
3-1. Giới thiệu về công nghệ Dosimat.
Hệ thống điều khiển Dosimat là một hệ thống điều khiển tự
động, hoàn
toàn theo một chu trình kín. Hệ thống Dosimat có ảnh hưởng lớn đến chất
lượng sản phẩm. Hàng giờ bột liệu được lấy ra từ đầu ra của máy nghiền
liệu, được đưa về phòng thí nghiệm bằng phương pháp bán tự động bột liệu
được nghiền lại, cân định lượng và ép thành viên. Viên này là viên mẫu
được đưa vào máy phân tích Rơnghen, chúng được phân tích và tính ra 8
mẫu phổ tương ứng với 8 hàm lượ
ng của 8 nguyên tố chính trong mẫu: Si,
Al, Fe, Ca, Mg, S, K, Cl.
Các trị số cường độ phổ với một đường định trước cho sẵn (là kết quả
của phương pháp phân tích hóa) được đưa vào máy tính điện tử từ trước
đó. Tính được tỷ lệ % của các oxit các nguyên tố trên. Căn cứ vào tỷ lệ %
của các oxít máy tính điện tử sẽ tính được ra 3 mô đun bão hòa với
KH =
2
3232
8,2
)35,065,1(
SiO

3-2. Hệ thống truyền động
điện.
Sơ đồ khối chung của hệ thống TĐĐ cân băng Dosimat ở hình (3-1)
a) Băng tải.
Là loại băng tải cao su dài 3,5 m, rộng 1,2 m được truyền động nhờ một
động cơ một chiều kích từ độc lập, kéo qua bộ giảm tốc và được điều khiển
bằng hệ thống cân tự động.
Băng tải truyền động theo phương năm ngang. Động c
ơ quay tang trống
chủ động nhờ ma sát mà băng tải truyền động. Để khắc phục độ võng của
băng tải người ta đặt các con lăn ở phía dưới lòng băng tải.
Toàn bộ băng tải và giá đặt băng tải, động cơ đều đặt trên giá cân và
được đè lên tế bào cân tức là tế bào cân đặt ở phía dưới hai bên giá băng
tải.
b) Động cơ.
Động cơ củ
a Dosimat là loại động cơ một chiều kích từ độc lập loại:
300/ 2k. 140SP N
0
36946 có các thông số sau:
P
đm
= 2,2 kW
U
đ
= 220 V.
I
d
= 11,2 A.
Chương III: Nguyên cứu hệ thống điều khiển cân Dosomat

tốc độ min cho động cơ.
- Có nguồn kích từ.
- Tín hiệu đặt trên trung tâm cho phép với các điều kiện trên thì động
cơ đã xác định một góc α ban đầu cho các Thyristor. Khi đó
Dosimat có tín hiệu báo sẵn sàng khởi động.
Chương III: Nguyên cứu hệ thống điều khiển cân Dosomat

30
b) Quá trình khởi động.
- Chạy tự động.
Rơ le d
1
đóng tiếp điểm 10a
9
sang 10 b
1
.
Rơ le d
1
đóng tiếp điểm 10b
8
sang 10 a
6
.
- Chạy tại chỗ.
Rơ le d
1
đóng tiếp điểm 10a
9
sang 10 a

Chương III: Nguyên cứu hệ thống điều khiển cân Dosomat

31
thay đổi điện áp. Phần ứng động cơ dẫn đến làm thay đổi tốc độ động cơ.
Khi đạt được trị số yêu cầu thì tín hiệu điều khiển và tín hiệu phát tốc sẽ
bằng nhau về trị số và điện áp. Đầu vào bộ khuyếch đại A
2
(A07) sẽ tương
ứng là “0”.
c) Cuộn kích từ.
Cuộn kích từ động cơ được cung cấp bởi bộ chỉnh lưu không điều khiển
cầu 1 pha (370-A04). Điện áp ra là không đổi. Trong trường hợp mất điện
áp từ một cụm trong bộ điều chỉnh sẽ tự động khóa Thyristor.
3-4. Phân tích hệ thống điều khiển Dosimat.
3.4.1. Sơ đồ khối hệ
thống.
Thành lập sơ đồ khối từ sơ đồ nguyên lý. Hình 3-1: Sơ đồ khối hệ thống.
370K: Là bộ khuyếch đại MV
RQ: Khối điều chỉnh lưu lượng
Rω: Khối điều chỉnh tốc độ
Ri: Khối điều chỉnh dòng điện
ĐKFX: Khối điều khiển phát xung
BBĐ: Bộ biến đổi Tiristơ
§

dùng tế bào cân gắn dưới giá băng tải mang liệu. Tín hiệu đầu ra của tế bào
cân bằng tỷ lệ với khối lượng của vật liệu tác dụng trên một tiết diện. Tế
bào cân bao gồm các bộ cảm biến sức c
ăng. Điện trở lực thay đổi theo lực
tác dụng nên nó nghĩa là thay đổi theo khối lượng vật liệu trên băng tải.
Các điện trở của cảm biến được nối điện vào một cầu Wheatstone.
Điện áp ra của cầu được đưa đến bộ khuyếch đại mv (370-K) chức năng
của bộ khuyếch đại mv này là khuyếch đại điện áp đư
a từ tế bào cân tới rồi
đưa lên chỉ thị. Bộ khuyếch đại này có liên quan tới chiết áp Range, chiết
áp này để điều chỉnh hệ số khuyếch đại. Đầu ra của bộ khuyếch đại mv
(370-K) được so sánh với tín hiệu từ máy tính đưa xuống tạo nên tín hiệu
điều khiển đưa đến bộ (370-R).
Bộ (370-R) là bộ khuyếch đại thuật toán (trong sơ đồ có 2 bộ khuyế
ch
đại 370R). Một bộ khuyếch đại được sử dụng như một bộ biến đổi phân
cực khi thiết bị chạy không có cân. Khi chạy tại chỗ Rơle d
1
đóng tiếp điểm
10a
9
sang tiếp điểm 10a
4
và rơle d
3
đóng tiếp điểm 10b
8
sang tiếp điểm
10a
6

của tải trọng dưới. Khi bộ khuyếch đại PI cung cấp điện áp lớn hơn +10 và
trường hợp khi tín hiệu khuyếch đại của (370-K) là quá nhỏ.
Tín hiệu ra ở cực a
2
của bộ 370-R là tín hiệu chủ đạo của bộ điều khiển
tốc độ 370-A08. Đây là bộ điều chỉnh tốc độ động cơ sao cho nó tương ứng
với tốc độ đã đặt trước, tương ứng với tín hiệu đã đặt mà không phụ thuộc
vào tác động nhiễu như điện áp nguồn, nhiệt độ, sự thay đổi tải. Tín hiệ
u
đầu ra của bộ 370-R đưa vào bộ điều chỉnh 370-A08 ở cực a
1
(0 ÷+10) và
đưa vào bộ khuyếch đại thuật toán A
1
.
Sau đó tín hiệu chỉ đạo được đặt vào đầu đảo cực A
2
, tín hiệu phản hồi
âm tốc độ của máy phát tốc (đầu vào a
8
) cũng được đặt vào đầu đảo của
khuyếch đại thuật tóan A
2
. Bộ khuyếch đại thuật toán có nhiệm vụ tạo luật
điều khiển PI có chức năng làm giới hạn được tín hiệu dòng điện cực đại.
Như vậy bộ 370-A08 sẽ điều khiển tốc độ động cơ theo tín hiệu chủ đạo đã
đặt mà không phụ thuộc vào nhiễu. Tín hiệu ra của bộ 370 –A08 được đặt
vào cực b6 của bộ 370 – A07 làm tín hiệu ch
ủ đạo cho bộ điều chỉnh dòng
điện 370 – A07. Đây là bộ điều chỉnh dòng điện so sánh và tạo xung nhiệm


Chương III: Nguyên cứu hệ thống điều khiển cân Dosomat

35
, Th
3
đầu ra lấy
trên cực 3,4,5,6.
- Nguyên lý hoạt động của sơ đồ.

π
α
0
π+α
2
π
θ
U
d

θ
i
T1,4
i
d

i
T2,3

1
→54 →Động cơ →33
→Th
4
→-79. Ở nữa chu kỳ sau điện áp nguồn đổi dấu dương ở 79, âm ở
78 hai Thyristor Th1, Th
4
bị khóa lại và Th
2
, Th
3
có điều kiện để mở ra. Tại
thời điểm π + α đưa xung điều khiển vào cực G của Th
2
, Th
3
tức là đầu 76,
77 của biến áp xung có tín hiệu xung điều khiển, cực 3, 6 đầu ra biến áp
xung là dương dẫn đến Tranzistor T
1B
, T
2B
mở để đưa xung điều khiển đến
cực G của TH
2
, Th
3
+79 →Th
3
→54 →Động cơ →Th

74
9u
+
9n
75
-
73
54
D3A
D2A
D1A
R4A
C2A
PrintA
R3A
4,7nF
1000V
R1A
9
u
C1A
K
rd
51

4,7nF
TH3
R9B
R10B
D6B
D7B
D8B
R6B
T2B
D5B6
A
PrintB
PrintA
K
R7A
D6A
D7A D8A
T2A
R5A
3,9
Ω
6
D5A
5
C3A
R8A
R9A
R10A
A
TH4

150
150
220
220
150
1K
100K
100K
100K
100K
100K
100K
100K
100K
5W
50
1K
1K
1K
3,9
Ω
3,9
Ω
3,9
Ω
220
150
bl
1K
1K3.4.4. Phân tích khối khuyếch đại xung 370-A05.
Sơ đồ nguyên lý ở hình 3.5.
- Giới thiệu sơ đồ.
Hai tín hiệu đầu ra của mạch logic được đưa vào bộ khuyếch đại xung
370-A05 sau đó được đưa vào biến áp xung rồi đến từng cặp cực điều
khiển Thyristor. Điện áp xoay chiều 25v (lấy từ biến áp nguồn) được nối
đến cực b
3
, b
6
được chỉnh lưu nhờ 2 điốt D
1
, D
2
. Khuyếch đại xung gồm hai
nửa giống nhau. Mỗi nửa có 3 tranzitor điều khiển T
1
, T
2
, T
3
tương ứng có
2 tranzitor công suất là T
4
, T
5


T2
T1
T5
T4
T6
T7
T10
T9

a
4
a5 b2
a
2
22K 22K
10K
10
10K
10
100K
470
470
1K
22330
330
1K
22
511
D
Ω
C
D
Ω
C
511
A
+30V
300mA
B

T
. X
F
.
H
X
Z
B
= X
B
. X
T
. X
F
.
H
X
X
F
: là tín hiệu từ mạch 370 – A04 báo cho kích từ.

T
X : Là tín hiệu xung điều khiển đưa từ khối 370-A07.
Z
V
: là tín hiệu logic đến bộ 370-A08 để báo có kích từ đồng thời cũng là
tín hiệu đưa đến 370-A07.
Z
V
, Z

và được sử dụng để đồng bộ T
3
ở bộ 370-A07.
- Tranzitor T
3
(Bộ 370-A06) làm nhiệm vụ ổn định chế độ làm việc
ban đầu.
Cực a
8
được nối từ tranzitor T
1
(Cực colector) ở bộ 370-A04 là bộ
chỉnh lưu kích từ nó tương ứng với một tín hiệu bằng 0 cung cấp tới cực a
8
.
- Nếu T
1
không dẫn, một tín hiệu XF = 1 được đưa đến cực a8 nó sẽ
khóa bộ 370-A08 và 370-A07 không cho hai bộ này hoạt động.
- Tranzitor T
4
và R
12
, R
13
làm nhiệm vụ ổn áp cung cấp nguồn cho
mạch logic luôn là 5v.
- Diốt D
1
, D

Z

B
Z

Z
A
,Z
B

Chương III: Nguyên cứu hệ thống điều khiển cân Dosomat

43
Hình 3.6. Đồ thị các dạng xung
Giả sử trong khoảng từ 0 ÷ π thì pha A dương Thyristor Th
1
, Th
4
ở mạch
U7 có điều kiện để mở. Trong khoảng này thì khối logic cũng có tín hiệu
đồng pha từ pha A qua biến áp xuống 25 v được đưa vào cực a
6
. Lúc này
tranzitor T

∑
V
.
Như vậy Khi ZA = 0 thì:
⎩
⎨
⎧
==
=
HFLL
A
XXXX
X
.(1
1

X
T
có xung.
Tín hiệu logic Z
A
= 0 được đưa đến bộ khuyếch đại 370-A05 sau đó
được đưa vào biến áp xung để đến cặp Thyristor Th
1
, Th
4
mở quy trình như
sau:
Chương III: Nguyên cứu hệ thống điều khiển cân Dosomat


3
có điều kiện
để mở. Cũng trong khoảng này thì khối logic có tín hiệu đồng pha từ pha B
qua biến áp xuống 25v được đưa vào cực b
7
, lúc này Tranzitor T
1
mở cho
dòng chảy qua, tín hiệu
B
X có giá trị không đưa vào khâu đảo rồi kết hợp
với tín hiệu X
T
(tín hiệu điều khiển). Tín hiệu điều khiển kết hợp với tín
hiệu
F
X ,
H
X qua khâu đảo để đầu ra của khâu đảo là 1.
Như vậy ZB = 0 khi:
+ X
B
= 1.
+ X
L
= 1 (X
L
= X
F
. Chương III: Nguyên cứu hệ thống điều khiển cân Dosomat

45

T4

12
13
8
9
10
3
1
2
11
13
12
8
9
10
3
1
2
6
4
5
6
4
5
1C1
1C3
1C2
1
μ
F
1,5K
3.4.6. Phân tích khối điều chỉnh dòng điện và so sánh tạo xung:
(hình 3-9)
- Mạch tạo điện áp răng cưa.

U
đk

Z
S

U
K

U
A2

0
π
2π

8
= 0,22MF.
⇒T
n
= 48,4 . 10
3
.10
-6
= 4,8 ms.
Tại thời điểm điện áp nguồn = 0 thì tín hiệu X
A
, X
B
ở khối logic 370-
A06 đều bằng 1 (dương +5V) hai tín hiệu này được nhân với nhau qua
khâu đảo của IC3 để tín hiệu ra Z
S
b
1
=1 (điện áp dương), tín hiệu Z
S
chính
là tín hiệu đồng bộ được phát ra từ khối logic đưa đến cực b2 của bộ 370-
A07 để làm nhiệm vụ tạo điện áp răng cưa, quá trình tạo điện áp răng cưa
như sau:
Như ở trên ta đã nói bình thường C
8
được nạp điện từ nguồn 1 chiều
12V, khi có tín hiệu đồng bộ Z
S

đến bộ 370-A06. Tụ C
11
làm nhiệm vụ chống nhiễu xung tần số cao ở Bazơ
T
4
. Tụ C
12
, C
13
làm nhiệm vụ lọc, Tụ C
10
làm nhiệm vụ chống nhiễu đầu ra.
Tụ C
9
và R
25
làm nhiệm vụ bù tần số ổn định tín hiệu cho khuyếch đại thuật
toán A
2
.
- Bộ điều chỉnh dòng điện:
Đầu vào của bộ điều chỉnh dòng điện (370-A07) được lấy tín hiệu chỉ
đạo đưa từ đầu ra của bộ (370-A08). Nhiệm vụ của bộ (370-A07) là tín
hiệu phản hồi âm dòng lấy ở bộ kích từ qua biến dòng so sánh với tín hiệu
chỉ đạo đưa từ bộ (370-A08) tới tạo tín hiệu ra là đi
ện áp điều khiển để cho
ra một xung có độ rộng thay đổi để điều chỉnh tốc độ động cơ.
Tín hiệu ra của bộ (370-A08) luôn có giá trị dương (0÷5V) tương ứng
với dòng phần ứng là (0 ÷2I
đm

49
Khi Z
V
= 1 nghĩa là có dòng kích từ T
1
thông dẫn đến T
2
khóa hệ thống
làm việc bình thường.
Điện áp hai đầu của a
6
, a
7
tỷ lệ với phần ứng động cơ được lấy từ biến
dòng L
3
qua chỉnh lưu cần điốt D
1
÷ D
4
điện áp chỉnh lưu đặt qua R
12
, R
10

so sánh với điện áp chủ đạo đưa từ b6 tới tạo ra tín hiệu sai lệch đưa vào
đầu đảo của A1, đây là phản hồi âm dòng có giá trị từ ( 0 ÷0,6 V) tương
ứng với dòng phần ứng là (0 ÷2I
đm
). Tín hiệu ra của A

R25
R2
R29
R28
2
2
R24
b
1
b2
a3
a4
T3
T4
C8
C9
100pF
C11
C12
C7
C13
2pF
C10
A2
4
3
8
1
7
2

A1, A2: 709C
D1- D4: 1N648
D5: 1N4148 alt 1N914
c
hronization
"
Discharge
o
s¸nh t¹o xung (370 - A07)
Chương III: Nguyên cứu hệ thống điều khiển cân Dosomat

50 3.4.7.Phân tích khối điều chỉnh tốc độ (370-A08): (hình 3-10)
Bộ (370-A08) là bộ điều khiển tốc độ động cơ sao cho nó duy trì tương
ứng với tốc độ đã đặt, để tương ứng với lượng liệu để đáp ứng được yêu
cầu công nghệ mà không phụ thuộc vào nhiễu như điện áp nguồn, nhiệt độ,

và đưa vào Tranzitor T
1
, T
2

để đưa đúng tín hiệu vào khuyếch đại thuật toán A
1
luôn có giá trị âm.
Chương III: Nguyên cứu hệ thống điều khiển cân Dosomat

51
D
1
, D
2
là 2 Điốt có nhiệm vụ ổn định tín hiệu điều khiển của khuyếch đại
thuật toán A
1
. A
1
nhằm mục đích đảo dấu tín hiệu. Tụ C
7
để bù nhiều đầu
ra, tụ C
6
và R
18
để bù tần số. Sau khi tín hiệu qua Tranzitor T
1
, T

3
là cố định. Khi
động cơ làm việc bình thường thì T
3
thông, T
4
khóa.
Khi tín hiệu ra của khuyếch đại thuật toán A
1
(tín hiệu điều khiển) nhỏ đi
một mức nào đó ứng với vận tốc động cơ là thấp nhất (lượng liệu ít đi) làm
cho T
4
thông dẫn đến tín hiệu điều khiển âm đi và động cơ lại làm việc trên
giá trị nhỏ nhất cho phép.
T
5
, T
6
là hai Tranzitor được điều khiển bằng tín hiệu lấy từ bộ logic (370
–A06) đưa vào cực b6 của bộ (370-A08). Nhiệm vụ của T
5
, T
6
là khóa bộ
điều khiển tốc độ trong trường hợp mất dòng kích từ. Nguyên lý làm việc
như sau:
Nếu khi không có dòng kích từ (mất điện áp) một tín hiệu logic Z
V
= 0

, tín hiệu phản hồi âm tốc độ của máy phát
tốc ( đầu vào a
8
) cũng được đặt vào đầu đảo của khuyếch đại thuật tóan A
2
.
Cùng với R
39
, tụ C
15
tạo nên quy luật điều chỉnh PI, tụ C
16
bù nhiễu đầu ra,
tụ C
14
và điện trở R
40
bù tần số.