CHƯƠNG 3
HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG
3.1 Đặt vấn đề :
Vai trò của băng tải trong các nhà máy công nghiệp là vô cùng quan trọng,
điều này được thể hiện rõ nét trong các nhà máy xi măng, các nhà máy chế biến
thức ăn gia xúc, các nhà máy chế biến thực phẩm Các băng tải đóng vai trò vận
chuyển nguyên vật liệu, thành phẩm thay cho sức người và các phương tiện vận
chuyển cơ động khác . Trong khuôn viên nhà máy, phân xưởng, để vận chuyển vật
liệu từ nơi khai thác, bến bãi tập kết hoặc kho chứa nguyên vật liệu để phục vụ cho
quá trình sản xuất .
Vấn đề đặt ra là trong quá trình sản xuất đòi hỏi tính liên tục, pha trộn
nguyên liệu có độ chính xác, phải thấy và cân được khối lượng nguyên vật liệu đã
được vận chuyển theo yêu cầu của thành phẩm . Để giải quyết vấn đề trên ta sử
dụng cân băng định lượng . Hệ thống cân băng định lượng là một trong những
khâu quan trọng giúp cho nhà máy hoạt động một cách liên tục. Cân băng định
lượng là một khâu trong dây chuyền công nghệ nhằm cung cấp chính xác lượng
nguyên liệu cần thiết cho nhà máy, lượng nguyên liệu này đã được người lập trình
cài đặt một giá trị trước. Khi mà lượng nguyện liêu trên băng tải ít đi thì đòi hỏi
phải tăng tốc động cơ lên để băng tải chuyển động nhanh hơn nhằm cung cấp đủ
lượng nguên liệu cần thiết. Ngược lại khi lượng nguyên liệu trên băng tải vận
chuyển với lưu lượng nhiều thì các thiết bị tự động sẻ tự động điều khiển cho động
cơ quay với tốc độ chậm lại phù hợp với yêu cầu .
3.2. Vai trò và tầm quan trọng:
Hiện nay việc đảm bảo chất lượng cho mỗi sản phẩm là việc rất quan trọng
đối với các doanh nghiệp. Do đó yêu cầu đặt ra là phải làm sao cho các sản phẩm
đó phải có chất lượng và mẫu mã giống nhau. Vì vậy nhà sản xuất phải nắm bắt và
kiểm soát được các thông số kỹ thuật, các tỷ lệ pha trộn được cài đặt chính xác.
Việc hiệu chỉnh các thông số đầu vào cũng như đầu ra phải dễ thực hiện và thuận
lợi cho người sản xuất và người điều khiển trung tâm . Đặc biệt trong công nghệ
sản xuất xi măng công đoạn phối liệu để nghiền liệu và định lượng nghiền xi là rất
quan trọng, nó quyết định đến chất lượng của xi măng . Người ta sử dụng hệ thống
D
C
D
A
C
Giao
tiếp
Máy
tính/vi
điều
khiển
Đ/chỉnh
thủ công
Giá trị lưu lượng vật liệu vận chuyển trên băng tải phụ thuộc hai yếu tố, thứ
nhất là độ dày lớp liệu trên băng tải hay còn gọi là mật độ liệu trên băng tải và thứ
hai là tốc độ chuyển động của băng tải : ta có
q = q
e
.V ( kg/s) (3-1)
Trong đó :
q: lưu lượng vận chuyển trên băng tải
q
e
: Mật độ liệu trên băng tải
V: Tốc độ chuyển động của băng tải
Như vậy để đo được lưu lượng vận chuyển trên băng tải phải đo được hai
thông số : Tốc độ chuyển động của băng tải và mật độ liệu . Trong quá trình sản
xuất khi mà lượng liệu trên băng tải ít, để nhận biết điều này nhờ cảm biến load
cell tác động, cùng với tín hiệu từ cảm biến tốc độ chuyển động của băng tải
Encoder đưa về bộ xử lý trung tâm và tiếp nhận một tín hiệu điều khiển để điều
được tính theo công thức sau:
I = Q.v = QB.v/Leff (3-4)
I: Tốc độ cấp liệu (lưu lựơng).
v: Tốc độ băng tải (m/s).
3.5. Xây dựng các công thức tính toán :
- Xây dựng công thức tính tốc độ băng tải từ bộ Encode:
Thời gian tính toán 255ms, số xung đếm được là x xung.
Khi bánh xe của bộ Encode quay được một vòng, số xung đếm được là 500 xung.
Vậy với số xung là x xung thì bánh xe Encode quay được là x/500 (vòng) tương
ứng với góc
500
2 xΠ
(rad)
Sau 1ms, bánh xe Encode quay được:
( )
rad
x
500
2
.
255
1 Π
(3-5)
Tốc độ góc của bánh xe Encode:
( )
srad
x
/
500
2
[ ]
hmx
xd
VV
edbt
/731.17
500.255
2.1000
.3600 =
Π
==
(3-8)
Các thông số tính toán:
L = 0,5 [m]
d = 0,1 [m]
3.5.1. Cân băng đá vôi:
Tốc độ băng tải:
k
n
n =
,
n: Tốc độ định mức của động cơ, n = 1450
ph
v
60.2.
2
.
=Π=
h
m
252060.2.
2
4,0
.
43
1450
(3-9)
Trong đó:
D: Đường kình con lăn, D = 0,4 [m]
Chuẩn hóa vận tốc băng tải:
Tốc độ băng tải khi tôc độ động cơ vượt quá giá trị định mức một lượng
50
=∆
n
(vòng)
Π
+
h
m
60.2
2
4,0
.
43
501450
=2607
h
m
(3-10)
Ta có:
[ ]
0,11,0
max
max
(3-11)
Với I
max
= 350
h
T
Tính tải trọng trên sàn QB
max
: (chọn giá trị cài đặt cho WZ cân băng Đá vôi)
[ ]
T
L
QQB 034722,0
2
5,0
.13889,0
2
maxmax
===
Với L = 0,5 (m)
Chọn QB
max
= 0,0347 (T) = 34,7[Kg].
T
Q
Q
Q
max
max
0
32767
327670
(3-12)
Chuẩn hóa:
[ ]
[ ]
0,10,0
0
max
max
÷
÷
=
Q
Q
Q
Q
[ ][ ] [ ]
0,10.00,10,00,10,0
.
maxmaxmax
÷=÷÷==
VQ
k
nD
nV 2.
2
.2.
2
.
Π=
h
mD
k
n
60.2.
2
.
=Π=
∆+
=
h
mD
k
nn
V
bt
60.2.
2
.
max
=
Π
+
h
m
60.2
bt
Suy ra:
===
m
T
V
I
Q
bt
05512,0
1814
100
max
max
(3-15)
Với I
max
= 100
−
m
T
q
5
10.1682,0
32767
05512,0
Tải trọng băng tải:
[ ] [ ]
÷=÷=
m
T
Q
Q
Q
max
max
0
32767
327670
(3-16)
Chuẩn hóa:
[ ]
ph
v
k: Tỷ số truyền của hộp số, k = 43.
Vận tốc băng tải:
Π=Π=
ph
mD
k
nD
nV 2.
2
.2.
2
.
Tốc độ băng tải khi tốc độ động cơ vượt quá giá trị định mức một lượng
50
=∆
n
(vòng)
Π
∆+
=
h
mD
k
nn
V
bt
60.2.
2
.
max
h
m
(3-18)
Ta có:
[ ]
0,11,0
max
÷=
bt
bt
V
V
Tính tải trọng nền của băng tải Q
max
:
I = Q
max
.V
bt
Suy ra:
===
m
T
V
2
maxmax
===
Với L = 0,5 (m)
Chọn QB
max
= 0,00726 (T) = 7,26[Kg].
Chuẩn hóa tải trọng băng tải cho đầu vào analog:
Đầu vào analog với dải giá trị dòng điện được chuẩn hóa tứ 0-20mA khi
qua bộ chuyển đổi AD tương ứng với dải giá trị từ 0-32767.
Khi đầu vào thay đổi một đơn vị, tải trọng băng tải sẽ thay đổi một lượng:
==∆
−
m
T
q
6
10.886,0
32767
02905,0
Tải trọng băng tải:
[ ] [ ]
[ ][ ] [ ]
0,10.00,10,00,10,0
.
maxmaxmax
÷=÷÷==
VQ
VQ
I
I
bt
3.2.5.4 Cân băng quặng sắt:
Tốc độ băng tải:
k
n
n =
,
n: Tốc độ định mức của động cơ, n = 1310
ph
v
k: Tỷ số truyền của hộp số, k = 43.
Vận tốc băng tải:
=Π=
h
m
172160.2.
2
3,0
.
43
1310
(3-21)
Trong đó:
D: Đường kình con lăn, D = 0,3 [m]
Chuẩn hóa vận tốc băng tải:
Tốc độ băng tải khi tốc độ động cơ vượt quá giá trị định mức một lượng
50=∆n
(vòng)
Π
+
h
m
60.2
2
3,0
.
43
501310
=1787
h
m
(3-22)
Ta có:
[ ]
0,11,0
max
÷=
bt
bt
V
V
Tính tải trọng nền của băng tải Q
max
h
T
Tính tải trọng trên sàn QB
max
: (chọn giá trị cài đặt cho WZ cân băng sắt)
[ ]
T
L
QQB 00726,0
2
5,0
.02905,0
2
maxmax
===
Với L = 0,5 (m)
Chọn QB
max
= 0,00726 (T) = 7,26[Kg].
Chuẩn hóa tải trọng băng tải cho đầu vào analog:
Đầu vào analog với dải giá trị dòng điện được chuẩn hóa tứ 0-20mA khi
qua bộ chuyển đổi AD tương ứng với dải giá trị từ 0-32767.
Khi đầu vào thay đổi một đơn vị, tải trọng băng tải sẽ thay đổi một lượng:
327670
(3-24)
Chuẩn hóa:
[ ]
[ ]
0,10,0
0
max
max
÷
÷
=
Q
Q
Q
Q
[ ][ ] [ ]
0,10.00,10,00,10,0
.
maxmaxmax
÷=÷÷==
VQ
VQ
I
I
bt
CHƯƠNG 4
TRANG BỊ ĐIỆN DÙNG TRONG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG
I. Các phần tử chính dùng trong hệ thống cân băng định lượng :
Hệ thống cân băng định lượng thực hiện công việc định lượng liệu theo một
vít để giảm số vòng quay và truyền công suất đến các cơ cấu chấp hành.
+ Cảm biến :
Cảm biến đóng vai trò là đầu vào của PLC, mục đích là cân trọng lượng liệu
được vận chuyển và đo tốc độ của băng tải
+ Các bộ biến đổi ADC, DAC :
Là các thiết bị biến đổi tín hiệu tương tự/số, số/tương tự để giao tiếp giữa máy
tính với đối tượng đều khiển .
+ Đầu cân.
Là thiết bị dùng để chuyển tín hiệu điện từ 4 đến 20mA hoặc 0 đến 10V
thành tín hiệu số.
II. Giới thiệu về trang bị điện dùng trong hệ thống cân băng định lượng:
1. Động cơ không đồng bộ ba pha:
Động cơ không đồng bộ được sử dụng rất rộng rãi, trong thực tế do kết cấu
đơn giản, làm viêc chắc chắn hiệu suất cao, giá thành hạ nên động cơ không đồng
bộ đựơc sử dụng rộng rãi nhất trong ngành kinh tế quốc dân với công suất từ vài
chục đến hàng nghìn kw. Trong công nghiệp thường dùng máy điện không đồng
bộ làm nguồn động lực cho máy cán thép loại vừa và nhỏ, động lực cho các máy
công cụ ở các nhà máy công nghiệp nhẹ, . . . Trong hầm mỏ dùng làm máy tời
hay quạt gió. Trong nông nghiệp dùng để làm máy bơm hay máy gia công nông
sản phẩm. Trong đời sống hàng ngày, động cơ không đồng bộ dần dần chiếm một
vị trí quan trọng: quạt gió máy quay đĩa, động cơ trong tủ lạnh, . . . . . tóm lại với
sự phát triển của nền điện khí hoá và tự động hoá sinh hoạt hằng ngày, phạm vi sử
dụng của động cơ không đồng bộ ngày càng rộng rãi.
Nhược điểm của động cơ không đồng bộ là: Hệ số cos
ϕ
thấp, điều chỉnh và
khống chế các quá trình quá độ khó khăn, riêng với động cơ rôto lồng sóc có các
chỉ tiêu khởi động xấu hơn.
Xét về mặt cấu tạo người ta chia động cơ không đồng bộ ra làm hai loại:
Động cơ rôto dây quấn và động cơ rôto lồng sóc(còn gọi là rôto ngắn mạch).
su
(t) =
( )
ti
ss
ω
cos
i
sv
(t) =
( )
o
ss
ti 120cos
+
ω
(4-2)
( )
( )
o
sssw
titi 240cos
+=
ω
Về phương diện mặt phẳng cơ học ( mặt cắt ngang), động cơ xoay chiều ba
pha có ba cuộn dây lệch nhau một góc 120
o
. Nếu trên mặt cắt đó ta thiết lập một
hệ toạ độ phức với trục thực đi qua trục cuộn dây u của động cơ, ta có thể xây
dựng vector không gian sau đây.
s
ωγ
=
. Trong đó f
s
là tần số mạch stato. Việc xây dựng
vector i
s
(t) được mô tả trong hình 4.2
i
su
i
sv
i
sw
Stato
r
R
o
Hình 4.2: Thiết lập vector không gian từ các đại lượng pha
Qua hình 4.2 ta thấy dòng điện của từng pha chính là hình chiếu của vector
mới thu được trên trục của cuộn đây pha tương ứng. Đối với các đại lượng khác
của động cơ như: điện áp, dòng rotor, từ thông stator, từ thông rotor ta đều có thể
xây dựng vector không gian tương ứng như đối với dòng điện kể trên. Mặt phẳng
phức có trục thực là a và trục ảo là b. Hình chiếu của vector dòng i
s
xuống hai trục
thực và ảo là i
sa
và i
3
2
j
sw
eti−
Re
( )
ti
su
3
2
( )
0
120
3
2
j
sv
eti
0
240j
e
Hình 4.3: Biểu diễn dòng điện Stato dưới dạng vector không gian với các phần tử
là i
sa
và i
sb
thuộc hệ tọa độ stato cố định
Ta thấy rằng hai dòng điện kể trên là hai dòng hình sin. Như trong lý thuyết
máy điện đã đề cập, ta có thể hình dung ra một động cơ điện tương ứng với hai
T1
T3
D3 D5
T5
D1
D1
T4
D1
T6
D6
T2
D2
220V
L
C
(I) (II) (III)
ÂÄÜNG CÅ
D4
T1
T3
D3 D5
T5
T4
D1
T6
D6
T2
D2
C
N
Sơ đồ điều khiển biến tần:
Hình 4.5: Sơ đồ nguyên lý của động cơ không đồng bộ ba pha nuôi bởi
biến tần nguồn áp được điều khiển theo phương pháp điều chế vector không gian
Mỗi pha của động cơ có thể nhận một trong hai trạng thái: 1 (nối với cực
dương của U
mc
) hoặc 0 (nối với cực âm của U
mc
). Do có ba pha (ba cặp van bán
dẫn nên sẽ tồn tại 2
3
= 8 khả năng nối các pha của động cơ với U
mc
như trong bảng
sau :
Bảng 4.1: Các khả năng nối pha động cơ với U
mc
:
Cuộn dđy pha 0 1 2 3 4 5 6 7
Pha u 0 1 1 0 0 0 1 1
Pha v 0 0 1 1 1 0 0 1
Pha w 0 0 0 0 1 1 1 1
Xét một trong tám khả năng đó, ví dụ khả năng thứ tự của bảng 4.1 với sơ
đồ nối trong hình 4.6a. Ta dễ dàng tính được điện áp rơi trên từng cuộn dây pha
u,v hoặc w. Bố trí hình học của ba cuộn dây pha trên mặt phẳng, ta thấy rằng tổ
hợp thứ 4 đó tương đương với trường hợp ta áp đặt lên ba cụôn dây pha vactor
điện áp U
s
với modul 2U
mc
: các góc phần tư ; S
1
S
6
: các góc phần sáu
Hình 4.7 cho ta thấy vị trí của từng vector chuẩn trong hệ tọa độ ab, modul
của từng vector luôn có giá trị 2U
mc
/3. Ngoài quy ước thông thường về các góc
S
2
S
1
U
3
U
2
U
4
U
5
U
6
S
6
S
4
S
3
S
. u
s
có thể được tách
thành tổng của hai vector con u
p
, u
t
tựa theo hướng của hai vector chuẩn u
1
, u
2
Các số viết thấp bên phải có ý nghĩa như sau:
p: vector bên phải
t: vector bên trái
Error: Reference source not found
Hình 4.8: Thực hiện vector u
s
bất kỳ bằng hai vector điện áp nguồn.
Điên áp phải được tính đổi thành thời gian dòng ngắt van trong phạm vi
một chu kỳ cắt xung nào đó. Giả thiết toàn bộ chu kỳ đó là chu kỳ có ích, được
phép dùng để thực hiện vector, khi này modul tối đa cũng không vượt quá 2U
mc
/3.
Do vậy ta có công thức sau:
mcxmaî
Uuuu
3
2
u
T
s
p
p
max
=
;
T
u
u
T
s
t
t
max
=
(4-6)
Ta đã có mẫu xung cho u
1
, u
2
(bảng 2.1), vấn đề là phải tính được khoảng
thời gian T
p
, T
t
, từ công thức (4-6) ta rút ra nhận xét sau: để tính được T
p
+ u
t
+ u
0
(u
7
)
=
( )
( )
7021
uu
T
TTT
u
T
T
u
T
T
tp
t
p
+−
++
(4-7)
Ta phải thực hiện trình tự ba vector u
1
, u
2
Ngược lại nếu trạng thái cuối cùng là u
7
, trình tự thực hiện sẽ là:
u
2
u
1
u
0
Bằng phương thức thực hiện điện áp (có thể gọi là tạo xung kích thích ) như
vậy, ta sẽ gây tổn hao dòng ngắt các van của biến tần ở mức ít nhất. Nếu ta vẽ
ghép tượng trưng hai chu kỳ nối tiếp nhau thuộc góc phần sáu thứ nhất S
1
trong
hình 4.8, ta thu được hình ảnh quen thuộc của phương pháp điều chế bề rộng xung
thực hiện bằng kỹ thuật tương tự (analog).
00
0
110
100 111 110
100 000 100
u
0
0
v
0
0
w
Hinh 4.9 : Biểu đồ xung của vector điện áp thuộc góc phần sáu thứ nhất S
1
.
Tới đây ta đã làm quen với quá trình thực hiện vector điện áp ở bất kỳ trong
phạm vi S
1
. trong tất cả các góc phần sáu còn lại S
2
S
6
, cách thực hiện là giống
hệt S
1
.
Hình vẽ sau giới thiệu khái quát biểu đồ xung của các góc phần sáu đó .
Error: Reference source not found
U
T
t
T
p
T
7
T
p
T
t
T
0
U
T
7
T
t
T
p
T
0
U
3
U
4
U
7
U
4
U
3
U
0
V
W
u
s
u
2
u
p
u
U
0
u
s
u
p
u
t
u
4
Hình 4.10: Giản đồ xung của các góc phần sáu
T
p
T
t
T
7
T
t
T
p
T
0
U
5
U
6
U
T
p
T
t
T
0
U
1
U
6
U
7
U
6
U
1
U
O
V
W
u
6
u
p
u
5
u
S
u
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
RL1
RL2
N
P
+5V
RS485
A2OUT(MD only)
Hình 4.11: sơ đồ cài đặt phần điện trong biến tần:
2.2.1. Cách nối dây :
Cách nối dây được trình bày như hình vẽ sau:
P10 OV AIN+AIN-DIN1 DIN2 DIN3 DIN4 P15 PIDIN PIDIN AIOUT+AOUT-PTCPTC DIN5 DIN6
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Copyright: Tài liệu đại học ©