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
1.1.

Giới thiệu sơ lược về công ty:
Công ty xi măng Tiên Sơn tiền thân là nhà máy vôi đá, năm 1995 được sự quan
tâm chỉ đạo của Đảng và Nhà nước, nhà máy đã đầu tư xây xựng một dây chuyền sản
xuất xi măng có công 25Tấn/h và đưa vào hoạt động từ năm 1996,thiết bị và dây chuyền
công nghệ ban đầu được nhập khẩu hoàn toàn của Trung Quốc,với tổng giá trị đầu tư
ban đầ
u là 39 tỷ đồng.Sau gần 10 năm hoạt đông sản xuất cho tới nay nhà máy đã có
nhiều thay đổi sửa chữa nâng cấp thiết bị cũng như dây chuyền công nghệ,nhằm nâng
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
chuy
ền 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

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
ững nhà máy sản xuất xi
măng hiện đại của nước ta. Đặc biệt là hệ thống cân băng định lượng, công ty đã kết hợp
với trường đại học công nghiệp - Thái Nguyên để cải tạo và thay thế hệ thống cân băng
định lượng, trước đây sử dụng theo nguyên lý cấp liệu rung, thay vào đó nay được lắp
Giám Đốc
Phụ trach chung
P.Giám Đốc
VTVT(QMR)
P.Giám Đốc
Phụ trach SX
PHÒNG
KTCN
BAN
ISO
PHÒNG
VTVT

5

H
2
0
Lò nung số 1+2
Kiểm tra
H
2
0
Nghiền liệu số 1 + 2
Máy hút bụi
Phân ly số 1 + 2
Hạt thô
Kiểm tra
Si lô 6,7,8
Máy hút bụi
Đồng nhất
B
Trộn ẩm 1+2
Vê viên 1+2
Kiểm tra
Máy hút bụi
Kiểm tra
Kiểm tra
Thạch cao
Phụ gia


Nhập kho
B
Si lô 9,10,11 Si lô 12,13 Máy hút bụi
Nghiền xi số 3+4 Máy 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

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
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.
GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC

8
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:

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
cho hệ thống cân liên tục (liên tục theo chế độ dài hạn lặp lại). Thực hiện việc phối liệu
một cách liên tục theo tỷ lệ
yêu cầu công nghệ đặt ra.
Trong các nhà máy sản xuất công nghiệp, các dây chuyền sản xuất xi măng, hệ
thống cân băng định lượng còn đáp ứng sự ổn định về lưu lượng liệu và điều khiển
lượng liệu cho phù hợp với yêu cấu, chính vì nó đóng một vai trò rất quan trọng trong
việc điều phối và hoạch định sản xuất, do đó nó quyết định vào chất l
ượng sản phẩm,
góp phần vào sự thành công của công ty.
Cân băng định lượng trong nhà máy sản xuất xi măng là cân băng tải, nó là thiết bị
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 tạ
o của cân băng định 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

Giao thức truyền tin nối tiếp

Hình 2.1: Sơ đồ tế bào cân số SFT
Bộ chuyển đổi
Cảm biến
nhi
ệt độ
Bộ vi xử lý

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
Khoảng ghép nối
500m 500m 500m 500m 500m 500m

N
R+ΔR R-ΔR
Ur
Hình 2.2: Sơ đồ cầu tế bào cân Tezomet.

Nguyên lý tế bào cân Tenzomet dựa theo nguyên lý cầu điện trở, trong đó giá trị điện
trở của các nhánh cầu thay đổi bởi ngoại lực tác động lên cầu. Do đó nếu có một nguồn
cung cấp không đổi (U
N
=const) thì hai đường chéo kia của cầu ta thu được tín hiệu thay
đổi theo tải trọng đặt lên cầu. Khi cầu cân bằng thì điện áp ra U
r
=0. Khi cầu điện trở
thay đổi với giá trị ΔR thì điện áp ra sẽ thay đổi, lúc này điện áp ra được tính theo công
thức.
ΔR
( 2.1) U
r
=U
N
*

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
quay lại của thiết bị định vị
(Belt in dex) và so sánh với phân đoạn đã ghi trong bộ nhớ.
Nếu có sự sai khác tức là đã có sự trượt của băng trên puly truyền động và bộ điều khiển
sẽ báo động.
2.4. Nguyên lý tính lưu lượng của cân băng định lượng:
2.4.1. Nguyên lý tính lưu lượng:
Cân băng định lượng (cân băng tải) là thiết bị cung cấp liệu kiểu trọng lượng.Vật
liệu được chuyên trở trên băng t
ải, mà tốc độ của băng tải được điều chỉnh để nhận được
lưu lượng đặt trước khi có nhiều tác động liên hệ(liệu không xuống đều).
Cầu cân về cơ bản bao gồm : Một cảm biến trọng lượng (LoadCell) gắn trên giá
mang nhiều con lăn. Trọng lượng của vật liệu trên băng được bốn cảm biến trọng lượng
(LoadCell) chuyể
n đổi thành tín hiệu điện đưa về bộ xử lý để tính toán lưu lượng.
Để xác định lưu lượng vật liệu chuyển tới nơi đổ liệu thì phải xác định đồng thời
vận tốc của băng tải và trọng lượng của vật liệu trên 1 đơn vị chiều dài. Trong đó tốc độ
của băng tải được đo bằng cảm bi
ến tốc độ có liên hệ động học với động cơ.
Tốc độ băng tải V (m/s) là tốc độ của vật liệu được truyền tải. Tải của băng truyền
là trọng lượng vật liệu được truyền tải trên một đơn vị chiều dài
∂ (kg/m).
GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC

14

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
)
Do đó lưu lượng có thể tính là:
(2.6) Q =
gL
VFc
g
L
VFc
*

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
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
nhỏ, thiết bị cấp liệ
u 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
GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC

16
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 : ph
ương 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.


Hệ cân
quặng
Hệ cân
đất
Hệ cân
thạch cao
Băng tải chính
GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC

17
i =
5,1
26
40
= 2- Băng tải chính.Có thông số kỹ thuật như sau:
- Chiều dài tổng thể của băng tải:
- Chiều rộng :
- Chiều cao :
- Chiều rộng mặt băng :
- Công suất động cơ truyền động:
- Tốc độ động cơ truyền động :
- Tỷ số truyền của hộp số :
- Vận tốc của băng tải :
Cấu trúc củ
a 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
AC
P V

Hình 3.1: Sơ đồ cấu trúc hệ thống cân băng định lượng.
Trong đó :
Động cơ sử dụng là động cơ không đồng bộ ba pha rô to lồng sóc, tốc độ của động
cơ đo được nhờ sensơr đo tốc độ (máy fát xung).
Số xung phát ra từ máy phát xung tỷ lệ với tốc độ động cơ và được đưa về bộ điều
khiển.
Bộ điều khiển (dùng vi xử lý) điều chỉnh tốc độ
của băng tải và lưu lượng liệu ở
điểm đổ liệu sao cho tương ứng với giá trị đặt.
Bộ cảm biến trọng lượng (LoadCell) biến đổi trọng lượng nhận được trên băng
thành tín hiệu điện đưa về bộ khuyếch đại.
Điều chỉnh tốc độ của động cơ bằng cách điều chỉnh tầ
n số cấp nguồn cho động cơ.
3.2. Hệ điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ dùng biến tần:
3.2.1. Khái quát về động cơ không đồng bộ:


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
RU
ω

Trong đó :ω
1
- là tốc độ góc của từ trường quay
(3.2) ω
1
=
p
fn
1
*2

với f
1
- là tần số điện áp của Stator
p - là số đôi cực

- 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
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:
(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 :
(3.5)
n

n

(3.7) Æ
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

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
=
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.
Đặc tính cơ khi f
1
< f
1dm
với điều kiện từ thông φ = const (hoặc gần đúng giữa

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

0
ω
14

ω
13

ω
1đ
ω
12

ω
11
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
=
∑L
kj
i


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:
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:
Khi điều chỉnh tần số thì trở kháng, từ thông, dòng điện v.v… của động cơ đều
thay đổi, để đảm bảo một số chỉ tiêu đ
iều chỉnh mà không làm động cơ bị quá nóng thì
GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC

th
=
LroLs
Lm
22
2
2
2
o
Us
ω
=
2
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
o
Us
K
ω

Điều kiện để giữ hệ số quá tải không đổi là:
(3.17) λ
M
=

Mc(ω)

M
th
M
thđ
M