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

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 lượ
ng 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 nh

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

H
2
0
Lò nung số 1+2
Kiểm tra
H
2
0
Nghiền liệu số 1 + 2


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 lo
ại (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 hạ
n 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 s
ản 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 đ
áp 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

o
c 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 đoạ
n 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/cm
2
) 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

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 thi
ết 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
ng 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 t
ất 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÷ 60
o
c -10
÷
60
o
c-10
÷
40
o
c-10
÷
60
o
c-10
GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC

122.3.2. Nguyên lý tế bào cân Tenzomet:

R-ΔR R +ΔR
U
N

r
- 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 U
ra
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 U
N
=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
U
ra
=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

lượng không đổi ở điểm đổ liệu.
(2.2) Q =
ƍ * V
Trọng lượng tổng trên băng là lực F
c
(N) được đo bởi hệ thống cân trọng lượng và
∂,
được tính theo biểu thức:
(2.3) ƍ
g
L
F
C
2
=

trong đó : L - chiều dài của cầu cân
g - gia tốc trọng trường (g=9,8 m/s
2
)
Lực hiệu dụng F
m
(N) do trọng lượng của vật liệu trên băng tải gây nên:
(2.4) F
m
=F
c
– F
0


ng 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 đo
ạn 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 đầ
u 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 bă
ng 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.
- Ph
ương 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

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
: n
d
: 970 v/p
Hiệu suất hộp số : η
2
: 0,8
Tỷ số truyền giữa băng răng 1 và 2:

Hệ cân
Đ
2
Hệ cân
Đ
1
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 =

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

t

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 truyề
n 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 đi
ều
chỉnh nhiều tham số có tính phi tuyến mạnh.
Phương trình đặc tímh:
(3.1) M =
**
*3
21
s

(3.3) S =
1
1
ω
ωω
−

với ω - hệ số góc của động cơ
phương trình trên cho ta thấy M = f
(s)
phụ thuộc vào các đại lượng U
1,
ω
1
,R
2
. 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 m
ạnh 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

2
3
1
2
1
1
2
1
ω
==

Trong đó:
(3.6) X
n
=
ω
1
* L
n

(3.7) Æ
n
th
Lf
PU
M
**)2(2
*3
2
1

> f
1dm
) mà giữ nguyên U
1
thì
momen tới hạn cực đại
2
1
1
~
f
M
th
sẽ giảm rất nhiều. Do đó, khi thay đổi tần số f
1
thì nên
thay đổi đồng thời cả điện áp U
1
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
=

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 đi
ều
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) u
k
= R
k
i
k
+
dt
kd
Ψ


1đm
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 =
∑i
k

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
d
ϑ
Từ thông móc vòng của các dây quấn
(3.13) ψ
k

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
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 T
1
ữT
6
và 6 điốt T
7

ữT
12
đấu song song ngược với các Tranzitor tương ứng.
Tín hiệu điều khiển V
b
được đưa vào bazơ của Tranzitor có dạng chữ nhật, chu kỳ
là 2π, độ rộng là π/2.
Khi V
b
= “0” > Tranzitor bị khóa
V
b
= “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: