GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC
LỜI NÓI ĐẦU
Trong công cuộc phát triển xây dựng cơ sở hạ tầng và xây dựng dân dụng tăng
lên nhanh chóng trên thế giới nói chung. Đặc biệt là sự bùng nổ về đầu tư phát triển
công nghiệp xi măng ở các nước đang phát triển, trong đó phải kể đến là Việt Nam. Để
đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng về chất lượng giá cả sự cạnh tranh
trên thị trường, cho nên việc đầu tư cải tiến công nghệ ở các công ty xí nghiệp đang là
một giải pháp tốt cho việc cạnh tranh về giá cả và chất lượng. Ở nước ta nền kinh tế và
khoa học kỹ thuật đang trên đà phát triển, phù hợp với sự phát triển chung ở khu vực,
với chính sách mở cửa của Đảng và Nhà nước ta. Ở nước ta đang thu hút vốn đầu tư của
nước ngoài ngày càng nhiều, trong đó phải kể đến việc đầu tư vào công nghệ sản xuất xi
măng trong những năm gần đây.
Với bất kỳ một nhà máy xi măng nào, nhất là đối với những nhà máy có mức độ
tự động hoá cao thì việc cân băng định lượng dùng giám sát, điều khiển các thành phần
phối liệu là vô cùng quan trọng, nó là một trong những yếu tố quyết định đến năng suất
của cả dây truyền và tỷ lệ các thành phần phối liệu nó ảnh hưởng trực tiếp đến chất
lượng xi măng sản xuất ra.
Do đặc điểm công nghệ sản xuất xi măng có nhiều công đoạn và hầu hết là cần
đến hệ thống cân băng định lượng từ khâu nghiền liệu đến khâu nghiền xi măng.
Với nhiệm vụ đặt ra cho cân băng định lượng là thoả mãn những nhu cầu từ thực
tế sản xuất, phải đảm bảo đủ lượng liệu cần thiết cho công đoạn tiếp theo về khối lượng
tỷ lệ các thành phần phối liệu và tốc độ cấp liệu cho từng thời điểm.
Tuỳ theo vị trí, tính chất, chức năng của các khâu trong dây truyền sản xuất mà
cân băng định lượng ở khâu đó có những đặc điểm riêng, như chế độ làm việc, sai số
cho phép, dải điều chỉnh tốc độ, độ ổn định… Tuy nhiên các cân băng định lượng trong
dây chuyền đều có đặc điểm chung là:
Các đối tượng cân là cân băng tải cấp liệu kích thước vật liệu cần cân thay đổi
trong phạm vi rộng từ các nguyên liệu thô cho đến các nguyên liệu mịn dạng bột.
1
GII THIU V B IU KHIN PLC
Vi ti Nghiờn cu h thng cõn bng nh lng trong nh mỏy sn xut

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
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
3
GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC
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)
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

PX
Cơ điiện
PX
Liệu
PX
Lò
PX
K.thác đá
PX
T.phẩm
Đá,phụ gia
khoáng hoá
Đất,than
quặng
Kiểm
tra
Kiểm
tra
Đập Máy hút bụi Sấy phơi
Kiểm
tra
Kiểm
tra
Si lô 1,2 Máy hút bụi Si lô 3,4,5
A
Hệ thống cân băng định
lượng số 1 + 2
GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC
H
2

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 12,13Máy hút bụi
Nghiền xi số 3+4Máy 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
tra
D
Kiểm tra
tra
Kiểm tra
tra
Kiểm tra
tra
Kiểm tra
tra

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.
7
GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC
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/cm
2
) 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 1500
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.

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.
9
GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC
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

o
c -10÷60
o
c -10÷40
o
c -10÷60
o
c -10÷40
o
c -10÷60
o
c
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

N
- điện áp nguồn cấp cho đầu đo
U
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.
12
GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC
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
băng tải rỗng, bộ điều khiển ghi vào bộ nhớ số phân đoạn thực của băng tải giữa 2 lần

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
Trong đó : F
0
– 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/m
3
)
S - tiết diện cắt ngang của vật liệu trên băng (m
2
)

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
15
GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC
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
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:

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
- 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: LoadCell Hộp giảm tốc Máy phát tốc Đcơ KĐB

17
MÁY
FÁT

3.2.1. Khái quát về động cơ không đồng bộ:
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
18
GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC
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
21
s
RU
ω
Trong đó :ω
1
- là tốc độ góc của từ trường quay
(3.2) ω
1
=
p

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.
- 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:
19
GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC
(3.4) n
1
=
p
f
1
*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
R
1
=0 thì mômen tới hạn đạt cực đại :

* L
n

(3.7) 
n
th
Lf
PU
M
**)2(2
*3
2
1
2
22
1
π
=
Đặt
==
n
L
P
a
*)2(2
3
2
2
π
const

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
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 (f
1
< f
1dm
) nếu giữ nguyên điện áp U
1
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.
20
GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC
Đặc tính cơ khi f
1
< f
1dm
với điều kiện từ thông φ = const (hoặc gần đúng giữa
1
1

(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
21
0
ω14
ω13
ω1đ
m
ω12
ω11
ω
f11
f
12
f
1
> f
1đm
f1đm
F
13

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
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.
22
L,R
T
4
i
b
i
c
T
6
T
2
D
8
D
1
2
D
1

2
GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC
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:
23
0
π/2 π
3π/2
2π
0
π/2
2
π
3π/2
2π
0
0
GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC
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

Hình 3.5 Xác định khả năng quá tải về mômen
24
ω
ω
đm
ω
0đm
ω
ω
0
U,f
Mc(ω)
M
th
M
thđ
M
GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC
Nếu bỏ qua điện trở của dây quấn stato R
s
= 0 thì từ biểu thức mômen điện từ của
động cơ :
(3.15) M = λ
M.
M
th
Có thể tính được mômen tới hạn như sau:
(3.16) M
th
=

Mdm
Mthdm
Thay thế (3.16) vào (3.17) và rút gọn ta được:
(3.3.18)
ωο
Us
=
dm
Usdm
ωο

Mthdm
M
Đặc tính cơ gần đúng của các máy sản xuất (phụ tải) có thể viết như sau:
(3.19) M
c
= M
đm
(
dm
ωο
ωο
)
x
32.5. Bộ khuyếch đại tín hiệu:
Bộ khuyếch đại sẽ khuyếch đại các tín hiệu nhận được từ tế bào cân và đưa về bộ
điều khiển. Tín hiệu thu được là tải trọng tức thời mà tế bào cân đo được kết hợp với tín
hiệu nhận được từ máy phát xung để xác định khoảng thời gian (khoảng thời gian trễ)
mà đoạn băng đó đi từ tế bào cân đến điểm xả.
Sau khoảng thời gian trễ lưu lượng tại điểm xả của cân định lượng là kết quả của tích