BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC
KHOA

^]
BÁO CÁO TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI: Nghiên cứu hệ thống cân bằng
định lượng trong nhà máy sản
xuất xi măng lò đứng
GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC


trên vùng đất của xã Hồng Quang - huyện Ứng Hoà tĩnh Hà Tây,khu sản xuất đặt sát với
GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC

2
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 s
ản 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
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


PHÒNG
KHĐĐ
PHÒNG
T.PHẨM
PX
Cơ điiện
PX
Liệu
PX
Lò
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

6
Kiểm tra
GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC

7
Hình 1.2 – Sơ đồ khối dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng –Cty xi măng Tiên Sơn

1.4. Thuyết minh sơ đồ công nghệ:
1.4.1 Công đoạn chuẩn bị nguyên liệu.
Nguyên liệu để sản xuất xi măng chủ yếu là đá vôi, ngoài ra còn có các loại phụ
gia khác như than, đất, quặng sắt, thạch cao. Với điều kiện thuận lợi là nguyên liệu ở
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

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.
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

3 6 7 8 9
4

10 2

5 Hình 2.1: Sơ đồ cấu tạo cân băng định lượng.

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:

S
N
GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC

11

Đầu đo trọng lượng là nơi đặt tải cần đo, nó truyền lực tác động trực tiếp của tải lên
một đây dẫn đặt trong từ trường không đổi. Nó làm thay đổi sức căng của dây dẫn nên
dây dẫn bị dao động (bị rung). Sự dao động của dây dẫn trong từ trường sinh ra sức điện
động cảm ứng. Sức điện động này có tác độ
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

RS485
Năng lượng tiêu
thụ
1w 1w 1w 1w 1w 1w
Khoảng ghép nối
500m 500m 500m 500m 500m 500m
Độ phân giải
3,4g 5g 0,0001% 0,0001% 0,0001% 0,0001%

GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC

122.3.2. Nguyên lý tế bào cân Tenzomet:

( 2.1) U
r
=U
N
*
R
Trong đó: U
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.

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

là trọng lượng vật liệu được truyền tải trên một đơn vị chiều dài
∂ (kg/m).
GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC

14
Cân băng tải có bộ phận đo trọng lượng để đo ∂ và bộ điều khiển để điều chỉnh tốc độ
băng tải sao cho điểm đổ liệu, lưu lượng dòng chảy liệu bằng giá trị đặt do người vận
hành đặt trước.
Bộ điều khiển đo tải trọng trên băng truyền và điều chỉ
nh tốc độ băng đảm bảo lưu
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
)

*2
2
*
=

2.4.2. Đo trọng lượng liệu trên băng tải:
Trọng lượng đo nhờ tín hiệu của LoadCell bao gồm trọng lượng của băng tải và trọng
lượng vật liệu trên băng. Vì vậy để đo được trọng lượng của liệu thì ta phải tiến hành trừ
bì (tức là trừ đi trọng lượng của băng tải ).
Bộ điều khiển xác định trọ
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

2.6 Cấu trúc của một hệ cân:
2.6.1 Cấu tạo chung của hệ cân:

Hình 2.3. Sơ đồ cấu trúc của một hệ thống
Cấu tạo của hệ thống bao gồm:
1- Gồm 06 hệ cân liệu từ đá Đ
1
cho tới Thạch cao .Các cân này có kích
thước: chiều dài là 3910mm, rộng 1250mm, cao 1150mm, chiều rộng mặt băng 650mm,
tốc độ của băng 0.5÷1m/s, sơ đồ cấu tạo như
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


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
XUNG
BỘ
KHUYẾCH
ĐẠI

BỘ ĐI
Ề
U
KHIỂN
N
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

- trị số hiệu dụng điện áp pha của stator
R
1
- điện trở cuộn dây của stator

R
2
- điện trở rotor đã quy đổi về stator
Xnm - điện kháng ngắn mạch
S - hệ số trượt của động cơ
(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

X
U
X
n
U
M
*2
3
*
55.9
2
3
1
2
1
1
2
1
ω
==

Trong đó:
(3.6) X
n
=
ω
1
* L
n


2
1
3
f
U
aM
th
=
Biểu thức trên cho thấy khi tăng tần số nguồn (f
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


= const thì M
th
được giữ không đổi ở vùng f
1
< f
1d
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

f1đm
F
13

F
14

f
1
< f
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

ằng 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
biế
n tần nhưng trong đồ án này ta chỉ xét đến bộ biến tần nguồn áp làm việc theo
GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC

23
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.