B CễNG THNG
VIN NGHIấN CU C KH
6912
01/7/2008

H Ni -2007
BO CO
TI NGHIấN CU KHOA HC CễNG NGH
CP B NM 2007

Tờn ti:
Nghiên cứu thiết kế chế tạo loạt bộ điều khiển lọc
bụi túi từ chíp rỗng phục vụ trong ngành xi măng
Mó s: 99-07.RD/H-KHCNN

TH TRNG N V CH NHIM TI
PHAN THCH H PHAN NG PHONG
3.1.3 Hình ảnh về hộp điều khiển đã đợc tích hợp thành module 29
3.1.4 Hình ảnh lắp đặt tủ điện 29
3.2. Quá trình chạy khảo nghiệm
3.2.1 Kết quả thử nghiệm không tải 29
3.2.2 Kết quả khảo nghiệm có tải 31
Chơng 4 Các kết luận.
Các kết quả chính của đề tài 33
Các phụ lục
- Tài liệu tham khảo
- Biên bản nghiệm thu, chạy thử
- Bản vẽ thiết kế
- Các tài liệu khác
T
rang

1
Chơng 1
Nghiên cứu tổng quan về lọc bụi
và thiết bị lọc bụi.

1.1. Tình hình nghiên cứu thiết bị lọc bụi túi ở nớc ngoài.
Thiết bị lọc bụi túi là một thiết bị phổ biến trong các dây chuyền sản xuất
công nghiệp gây bụi và ô nhiễm nh: xi măng, nghiền sàng và phân loại đá, dây
chuyền mài nghiền trong sản xuất công nghiệp đã có nhiều nhà sản xuất trên
thế giới quan tâm đến công nghệ làm sạch môi trờng và đã cho ra đời các sản
phẩm về lọc bụi túi với chất lợng cao, ổn định. Có thể kể ra đây một số hãng
nổi tiếng cung cấp dây chuyền thiết bị đồng bộ trong ngành công nghiệp nặng
trong đó có các thiết bị lọc bụi túi phục vụ trong ngành xi măng nh: FCB,
FL.SMITH, DISA GROUP, DCE
Đối với các thiết bị lọc bụi túi đợc cung cấp từ các hãng trên thì giá trị

3

Hình 1.2- Cấu trúc bộ điều khiển lọc bộ túi.
A- Đầu vào cấp nguồn điều khiển E- Khoá áp suất.
B - Đầu vào tín hiệu điều khiển. F- Van điện từ.
C- Đầu vào áp suất. G - Đầu cắm bộ sensor chênh áp
D- Lỗ dự phòng. H- Thùng tích áp 4

Hình 1.3 - Thiết bị lọc bụi túi của hãng FLSMITH
1. Hớng bụi khí vào
2. Vách ngăn
3. Phễu chứa bụi
4. Màn chắn để khuyếch tán không khí
5. Không khí đi qua túi vải
6. Không khí sạch
7. Lối khí ra
8. Nơi thu bụi
9. Bụi rơi vào phễu chứa

5
1.2. Tình hình nghiên cứu cứu thiết bị lọc bụi túi ở trong nớc.
Trong những năm qua, nhiều cơ sở trong nớc đã chế tạo, tích hợp các
thiết bị lọc bụi túi phục vụ cho các dây chuyền sản xuất trong nớc. Một vài cơ
sở đã đi tiên phong trong lĩnh vực này nh: Viên Nghiên cứu Cơ khí, Viện Máy
và Dụng cụ cắt, Công ty Cơ khí xây dựng COMA, Tổng Công ty Máy và thiết bị
Công nghiệp Tuy nhiên, các thiết bị này đợc thiết kế, chế tạo theo mẫu có
sẵn, đặc biệt đối với thiết bị điều khiển thì đợc chế tạo dới dạng tích hợp các

bụi và nguồn gốc bụi.
Độ trong sạch của không khí là một trong những tiêu chuẩn quan trọng
cần đợc khống chế trong các không gian điều hoà và thông gió. Đặc biệt là
trong các phân xởng sản xuất, nhà máy công nghiệp v.v
1.3.1.2 Phân loại bụi.
- Theo nguồn gốc của bụi

6
+ Hữu cơ: Do các sản phẩm nông nghiệp và thực phẩm nh thuốc
lá, bông vải, bụi gỗ, các sản phẩm nông sản, da, lông súc vật.
+ Vô cơ: Có nguồn gốc từ kim loại khoáng chất
- Theo kích cỡ hạt bụi
Bụi có kích cỡ càng bé tác hại càng lớn do khả năng xâm nhập sâu, tồn tại
trong không khí lâu và khó xử lý. Theo kích cỡ bụi đợc phân thành các dạng
chủ yếu sau:
+ Siêu mịn: Là những hạt bụi có kích thớc nhỏ hơn 0,001àm. Loại
bụi này là tác nhân gây mùi trong không gian thông gió và điều hoà không khí.
+ Rất mịn: 0,001 ữ 1 àm
+ Mịn : 1 ữ 10 àm
+ Thô : >10 àm
- Theo hình dáng hạt bụi
Theo hình dạng hạt bụi có thể phân thành các dạng bụi sau
+ Dạng mảnh.
+ Dạng sợi.
+ Dạng khối.
1.3.1.3 Tác hại của bụi
Bụi có nhiều tác hại đến sức khoẻ và chất lợng sản phẩm
- Đối với sức khoẻ của con ngời bụi ảnh hởng đến đờng hô hấp, thị
giác và ảnh hởng đến cuộc sống sinh hoạt khác của con ngời. Đặc biệt đối với
đờng hô hấp, hạt bụi càng nhỏ ảnh hởng của nó càng lớn, với cỡ hạt 0,5 ữ 10

b
0,6 mg/m
3

<1,2

7
<2
Bụi amiăng
4ữ6
2
<1,8
1.3.2. Thiết bị lọc bụi.
Thiết bị lọc bụi có nhiều loại, tuỳ thuộc vào nguyên lý tách bụi, hình thức
bên ngoài, chất liệu hút bụi v.v mà ngời ta chia ra các loại thiết bị lọc bụi nh
sau:
Buồng lắng bụi dạng hộp.
Thiết bị lọc bụi kiểu xiclon.
Thiết bị lọc bụi kiểu quán tính.
Thiết bị lọc bụi kiểu lới lọc.
Thiết bị lọc bụi kiểu thùng quay.
Thiết bị lọc bụi kiểu sủi bọt
Thiết bị lọc bụi bằng vật liệu rỗng
Thiết bị lọc bụi kiểu tĩnh điện.
Thiết bị lọc bụi kiểu túi vải.
ở đây ta chỉ đi sâu vào nghiên cứu thiết bị lọc bụi túi vải.
1.3.2.1 Các thông số đặc trng của thiết bị lọc bụi
Các thông số đặc trng cho một thiết bị lọc bụi bao gồm: Hiệu quả lọc
bụi, phụ tải không khí và trở lực của thiết bị lọc bụi.
- Hiệu quả lọc bụi


, G

b
là lợng bụi vào ra thiết bị trong một đơn vị thời gian, g/s.
Z
b

, Z
b

là nồng độ bụi trong không khí vào ra thiết bị, g/m
3
.
- Phụ tải không khí: Lu lợng không khí tính cho 1m
2
diện tích bề mặt
lọc.
L
f
=
F
L
m
3
/h.m
2

Trong đó:
L Lu lợng lu thông không khí, m

cho không khí có lẫn bụi đi qua các túi vải mịn, túi vải sẽ ngăn các hạt bụi lại và
không khí đi thoát qua.
Qua một thời gian lọc, lợng bụi bám lại bên trong nhiều, khi đó hiệu quả
lọc bụi cao đạt 90-95% nhng trở lực khi đó lớn p = 600ữ800Pa, nên sau một
thời gian làm việc phải định kỳ rũ bụi bằng tay hoặc khí nén để tránh nghẽn
dòng khí đi qua thiết bị. Đối với dòng khí ẩm cần sấy khô trớc khi qua lọc bụi
tránh hiện tợng bết dính trên bề mặt vải lọc làm tăng trở lực và năng suất lọc.
Thiết bị lọc bụi kiểu túi vải có năng suất lọc khoảng 150ữ180m
3
/h trên 1m
2
diện
tích bề mặt vải lọc. Khi nồng độ bụi khoảng 30ữ80 mg/m
3
thì hiệu quả lọc bụi
khá cao 96-99%. Nếu nồng độ bụi trong không khí cao trên 5000mg/m
3
thì cần
lọc sơ bộ bằng thiết bị lọc khác trớc khi đa sang bộ lọc bụi túi vải.

Hình 1.4 - Cấu tạo lọc bụi kiểu túi vải.
Khôn
g
khí ra
Khôn
g
khí vào

9
Bộ lọc bụi kiểu túi vải có nhiều dạng khác nhau, dới đây trình bày kiểu

lọc bụi túi trên thế giới và trong nớc.
- Tìm hiểu về thiết bị cũng nh nguyên lý hoạt động của lọc bụi túi vải.
- Chọn hớng nghiên cứu và phát triển thiết bị điều khiển lọc bụi túi nhằm
làm chủ đợc công nghệ cũng nh phát triển nó trở thành sản phẩm có tính năng
mở và khả năng lắp lẫn cao, với chất lợng tơng đơng với thiết bị nhập ngoại,
tiến tới thay thế dần các bộ điều khiển nhập khẩu từ nớc ngoài. Đa nó thành
sản phẩm phổ biến trong ngành công nghiệp lọc bụi. 10
Chơng 2
Thiết kế, chế tạo thiết bị điều khiển
Lọc bụi túi từ chíp rỗng

2.1. Tổng quan.
Sự phát triển của ngành công nghệ vi điện tử với xu hớng giảm kích
thớc và tăng khả năng hoạt động của thiết bị điện tử. Khoa học vật liệu mới đã
giúp cho ngành sản xuất Chíp bán dẫn có một bớc tiến dài, nhờ đó mà một Chíp
điện tử có thể tích hợp vào vi mạch hàng chục, thậm chí hàng trăm triệu
tranzitor. Ngoài ra, thành tựu của công nghệ hiện đại không chỉ tăng số lợng
tranzitor trong Chíp mà còn xây dựng các phần tử theo nguyên lý hoàn toàn mới,
trong đó chú ý đến yếu tố cấu trúc phần tử trong Chíp.
Các khối chức năng cơ bản của thiết bị điện tử hiện đại bao gồm: bộ nhân
vi xử lý, bộ nhớ và phần I/O (khối này đảm bảo sự liên hệ giữa các thiết bị ngoại
vi và cơ cấu chấp hành, khối này thờng phải yêu cầu tốc độ cao nhờ cấu trúc
hoặc các thuận toán đặc biệt).
Tuy nhiên, hiện nay một thiết bị đợc tích hợp rất nhiều chức năng khác
nhau vì vậy cần mở rộng các vi mạch vì vậy sẽ tăng kích thớc thiết bị. Để khắc
phục nhợc điểm này các nhà sản xuất Chíp đã phát triển hệ thống Chíp thế hệ
thứ 2 gọi là hệ thống trên vi mạch SoC (System on Chip) với các xu hớng sau:

11
thuộc vào kết cấu cơ khí của hệ thống lọc bụi làm sao đảm bảo cho hệ thống giũ
bụi đạt đợc thời gian nhanh nhất. ở đây ta chọn 1 van khí nén tơng ứng với 11
xơng túi.
Tại bo mạch điều khiển chính thông qua cổng truyền thông RS485 ta có
thể kết nối thêm các môdul phụ để thay đổi số lợng van khí nén từ 1 đến 88
đảm bảo khả năng lọc từ 15 đến 800m
3
khí bụi/phút. Do mỗi bo mạch ta bố trí
11 đầu ra van điện từ vì vậy số bo mạch sẽ đợc mở rộng là 10 bo mạch.
Sơ đồ khối của bo mạch chính có cấu trúc nh sau: Hình 2.1 Sơ đồ khối bo mạch chính
Sơ đồ khối của bo mạch mở rộng sẽ có cấu trúc:

ệ
n từ
Khối truyền
thông

- RS232, RS485

Bộ chuyển
đổi
Khối
đầu ra

- Điều khiển quạt
hút bụi.
- Điều khiển động
cơ vit tải bụi.
- Đầu ra cảnh báo
- Điều khiển các
van điện từ
Khối truyền
thông

- RS232, RS485

12
Sơ đồ kết nối các bo mạch nh sau:
CPU
Module
cơ sở
RS485

Hình 2.3 Sơ đồ kết nối các bo mạch

13
Với số lợng bo mạch mở rộng là 9, vì vậy để tránh lãng phí tài nguyên
CHIP mỗi module cơ sở sẽ sử dụng CHIP vi xử lý có khả năng điều khiển 88 van
và các module này sẽ đợc mở rộng qua cổng RS485.
Module mở rộng có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu chênh áp đo đợc
(analog) thành tín hiệu truyền thông và thông qua cổng RS485 để đa về module
cơ sở để sử lý.
Module cơ sở có nhiệm vụ thu thập dữ liệu (tín hiệu chênh áp) từ các
module mở rộng. Sau đó tính toán với tham số đặt cũng nh tham số về chu kỳ
thời gian rung, rũ để đa ra các tín hiệu đóng mở van điện từ phù hợp cho mỗi
module mở rộng.
Mỗi khi mở rộng thêm 01 module ta sẽ phải tiến hành viết lại chơng trình
và nạp lại cho vi xử lý thông qua cổng RS232.
2.2.1 Vi xử lý LPC2138.
ở đây CHIP đợc sử dụng cho module cơ sở là ARM của NXP (Philips
cũ) có ký hiệu LPC2138. Vi điều khiển LPC2138 đợc hình thành dựa trên CPU
32 bit ARM7TDMI với đáp ứng thời gian thực với bộ nhớ tốc độ cao 512 kB.
- Bộ đếm thời gian 32 bit.
- 8 kênh biến đổi ADC 10bit với thời gian biến đổi chỉ là 2,44à trên một
kênh.
- Kênh biến đổi DAC 10bit.
- Kênh PWM và có 47 đờng GPIO, có chân vào ngắt.
Đặc tính chung của họ vi xử lý LPC213x.
- Sử dụng chíp 16/32bit ARM7TDMI-S đợc đóng gói trong hộp DIN
mỏng LQFP64 hoặc HVQFN.
- Ram 8/16/32 kB, bộ nhớ flash 32/64/128/256/512 kB, xung nhịp 60 MHz.
- Tiết kiệm năng lợng.
- Nhiều giao kiểu truyền thông khác nhau bao gồm 2 khối không đồng bộ


I/O
Port 0: Port 0 là port vào ra 32 bit đợc điều
khiển một cách riêng biệt. Tất cả 32 chân
của Port 0 có thể đợc sử dụng nh là bit số
hai chiều trong khi P0.31 là chỉ là bit ra số.
Hoạt
động của Port 0 phụ thuộc vào sự lựa chọn
chức năng thông qua việc nối với các khối.
Chân P0.24 không đợc sử dụng.
O TXD0-Tín hiệu ra cho UART0
P0.0/TXD0/
PWM1
19
O PWM1-Điều chế độ rộng xung đầu ra 1
I RXD0-Bộ truyền đầu ra cho UART0
O PWM3-Điều chế độ rộng xung đầu ra 3
P0.1/RXD0/
PWM3/EINTO
21
I EINT0-Đầu vào ngắt mở rộng 0

16
I/O SCL0- Đầu vào/đầu ra xung I2C0
P0.2/SCL0/CAP0.0 22
I
CAP0.0-Thành lập đầu vào cho bộ thời gian
0, kênh 0.
I/O SDA0 - I2C0 dữ liệu vào/ra.
P0.3/SDA0/

liệu ra từ SPI master hoặc vào từ SPI slave.
I CAP0.2 - Đầu vào bộ thời gian 0, kênh 2.
P0.6/MOSI0/
CAP0.2/AD1.0
30
I
AD1.0 ADC 1, đầu vào 0 là đầu vào
nalog.
I
SSEL0 Slave lựa chọn cho SPI0. Lựa
chọn giao diện SPI nh là slave.
O

PWM2 Đầu ra điều chế độ rộng xung 2
P0.7/SSEL0/
PWM2/EINT2
31
I EINT2 Đầu vào ngắt 2
O TXD1 Truyền đầu ra UART1.
O

PWM4 Đầu ra điều chế độ rộng xung 4
P0.8/TXD1/
PWM4/AD1.1
33
I
AD1.1 ADC 1, đầu vào 1. Đây là đầu
vào tơng tự.
I RXD1 Nhận đầu vào UART1.
O

ART1.

17
O

MAT1.0 Đầu ra cho bộ thời gian 1, kênh
0.
I
AD1.3 ADC 1, đầu vào 3. Đây là đầu
vào tơng tự.
O
DTR1 Dữ liệu mở rộng sẵn sàng đầu ra
cho UART1.
O
MAT1.1 Đầu ra cho bộ thời gian 1, kênh
1.
P0.13/DTR1/
MAT1.1/AD1.4
39
I
AD1.4 ADC 1, đầu vào 4. Đây là đầu
vào tơng tự.
I
DCD1 - Xác định dữ liệu đầu vào cho
UART1.
I

EINT1 Đầu vào ngắt mở rộng 1.
P0.14/DCD1/
EINT1/SDA1

P0.17/CAP1.2/
SCK1/MAT1.2
47
O
MAT1.2 Đầu vào cho bộ thời gian 1, kênh
2.
I
CAP1.3 Đầu vào cho bộ thời gian 1, kênh
3.
I/O

MISO1 Master trong Slave ngoài cho
SSP dữ liệu vào từ SPI master or dữ liệu ra
từ SSP slave.
P0.18/CAP1.3/
MISO1/MAT1.3
53
O
MAT1.3 Đầu vào cho bộ thời gian 1, kênh
3.
O
MAT1.2 Đầu vào cho bộ thời gian 1, kênh
2.
I/O

MOSI1 Master trong Slave ngoài cho
SSP dữ liệu vào từ SPI master or dữ liệu ra
từ SSP slave.
P0.19/MAT1.2/
MOSI1/CAP1.2

tơng tự này luôn đợc nối với chân của nó.
Chỉ có ở loại LPC2134/36/38.
I
CAP0.0 Đầu vào cho bộ thời gian 0, kênh
0.
P0.22/AD1.7/
CAP0.0/MAT0.0
2
O
MAT0.0 Đầu ra tơng ứng cho bộ thời
gian 0, kênh 0.
P0.23 58 I/O Chân dùng cho đầu vào/ra số.
I
AD0.4 ADC0, đầu vào 4. Đầu vào tơng
tự này luôn đợc nối với chân của nó.
P0.25/AD0.4/
AOUT
9
O
AOUT Đầu ra DAC. Không có ở loại
LPC2131
P0.26/AD0.5 10 I
AD0.5 ADC 0, đầu vào 5.
Đầu vào tơng tự này luôn đợc nối với chân
của nó.
I
AD0.0 ADC 0, đầu vào 0. Đầu vào
tơng tự này luôn đợc nối với chân của nó.
I
CAP0.1 Đầu vào cho bộ thời gian 0, kênh

gian 0, kênh 3.
I
AD0.3 ADC 0, đầu vào 3. Đầu vào
tơng tự này luôn đợc nối với chân của nó.
I EINT3 Đầu vào cho ngắt ngoài 3.
P0.30/AD0.3/
EINT3/CAP0.0
15
I CAP0.0 Đầu vào cho bộ thời gian 0, kênh

19
0.
P0.31 17 O
Chỉ dùng cho đầu ra số.
Chú ý
: chân này không đợc kéo xuống mức
thấp khi chân RESET ở mức thấp hoặc cổng
JTAG bị vô hiệu
P1.0 to P1.31

I/O
Cổng 1: Đây là cổng vào/ra hai chiều 32-
bit,
trực tiếp điều khiển từng bít riêng biệt. Sự
hoạt động của các tại chân cổng dựa trên
lựa chọn chức năng các chân thông qua
khối kết nối chân. Chân 1 tới chân 15
không sử dụng.
P1.16/TRACEPKT0 16 O
TRACEPKT0 Gói Trace, bit 0.

EXTIN0 Đầu vào Trigger ngoài.
Cổng vào/ra tiêu chuẩn với nguồn cấp nội.
P1.26/RTCK 24 I/O
RTCK Đầu ra tín hiệu kiểm tra đồng hồ
phản hồi. Tín hiệu thêm vào tại cổng
JTAG. Trợ giúp gỡ lỗi đồng bộ khi tần số
bộ xử lí thay đổi. Chân 2 chiều với nguồn
cấp nội. Mức thấp tại chân RTCK trong
khi chân RESET ở mức thấp sẽ cho phép
chân P1.31:26 hoạt động nh cổng gỡ lỗi
sau khi reset.

P1.27/TDO 64 O
TDO Kiểm tra dữ liệu ra cho giao diện
JTAG.

20
P1.28/TDI 60 I
TDI Kiểm tra dữ liệu vào cho giao diện
JTAG.
P1.29/TCK 56 I
TCK Kiểm tra dữ đồng hồ cho giao diện
JTAG.
P1.30/TMS 52 I
TMS Kiểm tra lựa chọn chế độ cho giao
diện JTAG.
P1.31/TRST 20 I
TRST Kiểm tra dữ liệu ra cho giao diện
JTAG.


Nguồn cấp 3.3 V analog: Nguồn này tơng
tự nh nguồn VDD nhng đợc tách biệt để
giảm thiểu lỗi và nhiễu. Điện áp này cấp
nguồn PLL trên chip.
VREF 63 I
Điện áp liên hệ ADC:
Nguồn này tơng tự nh nguồn VDD nhng
đợc tách biệt để giảm thiểu lỗi và nhiễu.
Mức ở chân này đợc sử dụng nh là mối
liên hệ bộ chuyển đổi A/D và D/A.
VBAT 49 I Nguồn cấp RTC: 3.3 V cấp cho RTC.
2.2.2 Khối biến đổi tín hiệu tơng tự sang tín hiệu số 24 bit.
Sơ đồ nguyên lý của khối biến đổi nh sau:
- IC Ref1004C-2.5 có tác dụng tạo ra trên chân REFIN điện áp ổn định
2,5V theo nh yêu cầu của chế độ hoạt động của ADS1211
- IC INA118P là mạch khuếch đại dụng cụ, có tác dụng khuếch đại tín
hiệu tơng tự từ sensor đo chênh áp đến ADS1211.

21
- Bộ biến đổi ADS1211P 24 bit: có dải biến đổi rộng, chính xác, độ phân
giải cao. IC này chuyên đợc dùng cho những quá trình điều khiển và đo lờng
phức tạp, yêu cầu đáp ứng nhanh. ADS1211 có 4 kênh đầu vào đa hợp lập trình
đợc. Sơ đồ chân và sơ đồ khối của ADS1211 nh sau:

Hình 2.6 - Sơ đồ khối ADS1211

Hình 2.7 Sơ đồ chân của ADS1211
2.2.3 Bộ đệm dữ liệu 74LS245
74LS245 là bộ đệm dữ liệu 2 chiều. Trong mạch này 74LS245 dùng để
đệm dữ liệu nhập vào từ các phím điều khiển

nồng độ bụi vào đến 350 mg/m
3
khí. Không khí sau khi qua hệ thống lọc bụi có
nồng độ bụi sau khi lọc < 6 mg/m
3
, hiệu suất lọc đạt trên 95%. Hệ thống có điều
khiển rũ bụi qua cảm biến chênh áp và điều khiển rũ bụi theo chơng trình đặt.
2.3.1 Thiết kế nguyên lý.
- Trung tâm bộ điều khiển là CHIP LPC2138.
- 02 đầu vào cho Remote Start/Stop và DownTimeCycle.
- 02 đầu vào đo áp suất.
- 02 đầu ra điều khiển động cơ quạt và động cơ vít tải bụi.
- 11 đầu ra rơle.
- 01 đờng ra cảnh báo (rơle) cho các tình huống nh quá áp, thời gian
chạy liên tục lâu (phục vụ bảo dỡng định kỳ,).
2.3.2 Thiết kế mạch điều khiển.