BÁO CÁO ĐỒ ÁN II ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO CÔNG ĐOẠN PHỐI LIỆU TRONG NHÀ MÁY SẢN XUẤT XI MĂNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN

BÁO CÁO ĐỒ ÁN II
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO CÔNG ĐOẠN
PHỐI LIỆU TRONG NHÀ MÁY SẢN XUẤT XI MĂNG

Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS.BÙI ĐĂNG THẢNH
SINH VIÊN THỰC HIỆN:
Nguyễn Đức Mạnh
Vũ Minh Chiến

MSSV
20166426
20165811


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT XI MĂNG TRONG NHÀ MÁY.............3
1.1.Nguyên liệu sản xuất xi măng..........................................................................3
1.1.1.Chi thiết các thành phần hóa của clinker xi măng Poolăng.......................3
1.1.2. Nhóm phụ gia điều chỉnh các hệ số..........................................................4
1.2. Các công đoạn sản xuất xi măng.....................................................................5
1.2.1. Tách chiết nguyên liệu thô........................................................................5
1.2.2. Phân chia tỉ lệ, trộn lẫn và nghiền.............................................................6
1.2.3. Trước khi nung..........................................................................................6
1.2.4. Giai đoạn trong lị......................................................................................6
1.2.5. Làm mát và nghiền thành phẩm................................................................7
1.2.6. Đóng bao và vận chuyển...........................................................................7
1.3. Công đoạn phối liệu trong nhà máy xi măng.................................................7
CHƯƠNG 2: CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG.

...................................................................................................................................8
2.1. Giới thiệu về hệ thống cân băng định lượng...................................................8
2.1.1. Ngun lý hoạt động.................................................................................9
2.2.Xây dựng cơng thức tính toán........................................................................11
2.3. Các thiết bị trong hệ thống cân băng định lượng..........................................14
2.3.1. Biến tần Micromaster Vector kiểu MM 440 của siemens.......................15
2.3.2.Các bộ cảm biến.......................................................................................19
2.3.3. Động cơ điện không đồng bộ xoay chiều ba pha....................................23
2.3.4. Các bộ biến đổi DAC, ADC....................................................................24
2.3.5. Đầu cân....................................................................................................24
2.3.6. Bộ lập trình PLC điều khiển hệ thống cân băng định lượng...................25
CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG CÂN
BĂNG ĐỊNH LƯỢNG...........................................................................................26


3.1. Đặc điểm.......................................................................................................26
3.2. Cấu trúc phần cứng.......................................................................................26
3.2.3. Khối vào ra..............................................................................................27
3.2.4. Thiết bị lập trình......................................................................................28
3.3. Ngơn ngữ lập trình........................................................................................28
3.4. Chương trình điều khiển................................................................................28
3.4.1. Lưu đồ thuật tốn....................................................................................28
3.4.2. Phân cơng đầu vào ra..............................................................................32
3.4.3. Khối chương trình...................................................................................32


CHƯƠNG 1: QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT XI
MĂNG TRONG NHÀ MÁY.
1.1.Nguyên liệu sản xuất xi măng.
Xi măng ( tiếng pháp: ciment) là chất kết dính thủy lực được tạo thành bằng

cách nghiền nát mịn clinker, thạch cao thiên nhiên và phụ gia. Khi tiếp xúc với
nước thì xảy ra phản ứng thủy hóa và tạo thành dạng hồ gọi là hồ xi măng. Tiếp đó,
do sự hình thành của các sản phẩm thủy hóa, hồ xi măng bắt đầu q trình ninh kết
sau đó là q trình hóa cứng để cuối cùng nhận được một dạng vật liệu có cường
độ và độ ổn định nhất định. Vì tính chất kết dính khi tác dụng với nước, xi măng
được xếp vào loại chất kết dính thủy lực.
Xi măng là chất kết dính thủy lực quan trọng nhất hiện nay, sử dụng làm vật
liệu xây dựng và được tiêu thụ nhiều.
Thành phần hóa học của phối liệu nung clinker gồm 4 oxit chính: CaO, SiO2 ,
Al2O3 và Fe2O3 nên nguyên liệu đầu vào phải đảm bảo cung cấp đủ các oxit trên.
CaO thường do đá vôi cung cấp.
Các oxit SiO2 , Al2O3 và Fe2O3 chủ yếu do nhóm khống sét cung cấp như đất sét.
Nếu thiếu Al2O3 phải dùng phụ gia điều chỉnh là Boxit, thiếu sắt dùng quặng
sắt để bổ sung Fe2O3, và dùng đá silic để bổ sung SiO2.
Thành phần của xi măng:CaO : 59-67%; SiO2 :16-26%;Al2O3 :4-9%;Fe2O3 : 26%; MgO: 0,3-3%.
Bụi xi măng chứa bụi silicat có thể gây độc và gây ra các bệnh về đường hô hấp.

1.1.1.Chi thiết các thành phần hóa của clinker xi măng Poolăng.
CaO





Hàm lượng 62-69%
Tham gia tạo tất cả các khống chính của clinker XMP
CaOtd ảnh hưởng xấu tới chất lượng CL và XMP
Nhiều CaO sẽ đóng rắn nhanh, mác cao, kém bền trong mơi trường xâm
thực( xói mịn).

SiO2


 Hàm lượng 17-26%
 Tham gia tạo các nhóm khống silicat ( khống khó nóng chảy) của
clinker XMP
 Nhiều SiO2 đóng rắn chậm, mác cao, bền trong mơi trường xâm thực.
Al2O3
 Hàm lượng 4-10%
 Tham gia tạo các khống nóng chảy ( aluminat canxi và alumoferit canxi)
 Nhiều Al2O3 đóng rắn nhanh, tỏa nhiều nhiệt, kém bền trong môi trường xâm
thực, tăng độ nhớt pha lỏng clinker
Fe2O3
 Hàm lượng 0.1-5%
 Chủ yếu tham gia tạo khống nóng chảy alumoferit canxi
 Nhiều Fe2O3 giảm mác xi măng, tăng bền trong môi trường xâm thực,
giảm độ nhớt pha lỏng clanker, giảm nhiệt độ nung clinker
R2O
 Gồm Na2O và K2O. Tổng hàm lượng 0.1-5%
 Ở nhiệt độ cao bay hơi một phần, một phần tham gia phản ứng tạo các
khoáng chứa kiềm
 Nhiều R2Os giảm mác xi măng, khơng ổn định thể tích, gây loang màu( nếu
dùng làm vữa trát), ăn mòn cốt thép
SO3
 Hàm lượng 0-1%
 Ở nhiệt độ cao sinh khí SO2 bay ra một phần, một phần tham gia phản ứng
tạo các khoảng chứa SO3, làm giảm hàm lượng một số khống chính
 Nhiều SO3 giảm mác xi măng, tạo các hợp chất có nhiệt độ nóng chảy thấp
gây hại cho hệ thống lị( chủ yếu lị có hệ cyclon trao đổi nhiệt)
 Cùng với R2O gây ảnh hưởng xấu tới q trình nung luyện cũng như tính

chất khống hóa và xây dựng sau này của xi măng

1.1.2. Nhóm phụ gia điều chỉnh các hệ số.
-Phụ gia điều chỉnh: cung cấp đủ các thành phần oxit mà trong đất sét chưa đủ.
Nếu thiếu Al2O3 ta dùng quặng Boxit, thiếu Fe2O3 ta dùng xi quặng đốt lò cao,
thiếu SiO2 ta dùng các loại quặng bị phong hóa.


-Phụ gia khống hóa: dùng chủ yếu trong xi măng lị đứng, sử dụng các chất có
chứa flo như CaF2, Na2SiF6
- Thạch cao: nhằm điều chỉnh thời gian đông kết của xi măng
-Phụ gia xi măng: trộn thêm nhằm sản xuất các loại xi măng có mác khác nhau.

1.2. Các công đoạn sản xuất xi măng.
1.2.1. Tách chiết nguyên liệu thô
Sản xuất xi măng sẽ sử dụng các nguyên liệu thô là canxi, silic, sắt và nhôm.
Những thành phần này lấy trong đá vôi, đát sét và cát. Xi măng có hỗn hợp cát và
đất sét với tỉ lệ nhỏ. Và đương nhiên trong cát và đất sét thì có thể đáp ứng nhu cầu
về silic, sắt và nhôm.
Đá vôi: được khai thác bằng phương pháp khoan nổ, cắt tầng theo đúng quy trình
và quy hoạch khai thác, sau đó đá vôi được xúc và vận chuyển tới máy đập búa
bằng các thiết bị vận chuyển có trọng tải lớn, tại đây đá vôi được đập nhỏ thành đá
dăm cỡ 25x25 và vận chuyển bằng băng tải về kho đồng nhất sơ bộ rải thành 2
đống riêng biệt, mỗi đống khoảng 15000 tấn.
Đất sét: được khai thác bằng phương pháp cày ủi hoặc khoan nổ mìn và bốc xúc
vận chuyển bằng các thiết bị vận tải có trọng tải lớn về máy đập búa. Đá sét được
đập bằng máy đập búa xuống kích thước 75mm
( đập lần 1) và đập bằng máy
cán trục xuống kích thước 25mm( đập lần 2). Sau đập đá sét được vận chuyển về
rải thành 2 đống riêng biệt trong kho đồng nhất sơ bộ, mỗi đống khoảng 6600 tấn.

Quặng và phụ gia điều chỉnh: để đảm bảo chất lượng clanker, Cơng ty kiểm sốt
q trình gia công và chế biến hỗn hợp phối liệu theo đúng các modun, hệ số được
xác định. Do đó ngồi đá vơi và đát sét cịn có các ngun liệu điều chỉnh là quặng
sắt ( giàu hàm lượng Fe2O3), quặng Boxit( giàu hàm lượng Al2O3) và đá Silic ( giàu
hàm lượng SiO2).


Hình 01: Nhà máy sản xuất xi măng.

1.2.2. Phân chia tỉ lệ, trộn lẫn và nghiền
Nguyên liệu thô từ quặng sẽ được chuyển đến các phịng thí nghiệm của nhà
máy, ở đây sẽ giúp nhà máy phân tích,phân chia tỉ lệ chính xác giữa đá vơi và đất
sét trước khi bắt đầu nghiền. Tỉ lệ thông thường là đá vôi(80%) và đất sét (20%).
Tiếp đến mới đến nhiệm vụ của nhà máy đó là nghiền hỗn hợp nhờ vào các con
lăn quay và bàn xoay. Bàn xoay quay liên tục dưới con lăn và con lăn tiếp xúc trực
tiếp với hỗn hợp. Con lăn sẽ nghiền hỗn hợp thành bột mịn và khi đó thì con lăn đã
hồn thành nhiệm vụ. Hỗn hợp nguyên liệu thô sẽ được dự trữ trong đường ống
sau khi đã nghiền hỗn hợp thành bột mịn.

1.2.3. Trước khi nung.
Sau khi được nghiền hoàn chỉnh, nguyên liệu được đưa và buồng trước khi nung.
Buồng này chứa một chuỗi các buồng xốy trục đứng, ngun liệu thơ đi qua đây
và vào trong lò nung. Buồng trước nung này tận dụng nhiệt tỏa ra từ lò, việc làm
này sẽ giúp tiết kiệm năng lượng và khiến cho nhà máy thân thiện với mơi trường
hơn.

1.2.4. Giai đoạn trong lị.
Lị khá lớn và có thể xoay được và nó cũng được coi là phần quan trọng nhất của
quá trình sản xuất xi măng. Trong lị nhiệt độ có thể lên tới 14500C. Nhiệt độ này
đạt được là bắt nguồn từ phản ứng hóa học gọi là phản ứng khử Cacbon và phản

ứng này cịn thải ra khí CO2. Nhiệt độ cao trong lò làm cho nguyên liệu nhão ra.


Chuỗi phản ứng hóa học giữa Ca và SiO2 tạo ra thành phần chính trong xi măng
( CaSiO3). Lị nhận nhiệt từ bên ngồi nhờ khí tự nhiên hoặc than đá. Khi nguyên
liệu ở phần thấp nhất của lò nung thì nó sẽ hình thành lên xỉ khơ.

1.2.5. Làm mát và nghiền thành phẩm.
Sau khi ra khỏi lò, xỉ sẽ được làm mát nhờ vào khí cưỡng bức, xỉ sẽ tỏa ra lượng
nhiệt hấp thụ được làm từ từ giảm nhiệt, lượng nhiệt mà xỉ tỏa ra sẽ được thu lại
quay trở vào lò,việc làm này giúp tiết kiệm được năng lượng. Tiếp đến là giai đoạn
nghiền hồn chỉnh, nó chính là các viên bi sắt, giúp nghiền bột mịn ra, và loại bột
mịn mà chúng ta nhìn thấy và đang sử dụng chính là xi măng.

1.2.6. Đóng bao và vận chuyển.
Sau khi nghiền thành bột chúng được đóng bao với trọng lượng 20-25kg/túi, sau
đó chúng được đi phân phối tới các cửa hàng rồi đến tay người tiêu dùng.

1.3. Cơng đoạn phối liệu trong nhà máy xi măng.
Chính là cơng đoạn trước khi nung. Sau khi được nghiền hồn chỉnh, nguyên
liệu được đưa vào buồng trước khi nung. Buồng này chứa một chuỗi các buồng
xoáy trục đứng, nguyên liệu thơ đi qua đây và vào trong lị nung. Buồng trước
nung này tận dụng nhiệt tỏa ra từ lò, việc này làm giúp tiết kiệm năng lượng và
khiến cho nhà máy thân thiện với môi trường hơn.


CHƯƠNG 2: CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ
THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG.
2.1. Giới thiệu về hệ thống cân băng định lượng.
Cân băng định lượng là một hệ thống băng tải kết hợp với cân điện tử.Nó có

thể cân định lượng khối lượng nguyên liệu cho quá trình sản xuất sản phẩm ngay
trên hệ thống băng truyền cấp liệu. Điều này giúp cho quá trình hoạt động sản xuất
của doanh nghiệp diễn ra liên tục, đảm bảo được khối lượng thành phần nguyên
liệu cho sản phẩm là đạt chuẩn. Từ đó giúp cho chất lượng sản phẩm đầu ra tốt
nhất, đạt tiêu chuẩn cao và mang lại nhiều giá trị hơn.
Cân băng định lượng gồm có những thành phần cấu tạo chính sau đây:

Hình 02: Sơ đồ cấu tạo cân băng định lượng.
*Hệ thống khung cơ khí:





Phễu chứa và cấp liệu.
Hệ thống con lăn băng tải.
Băng tải vận chuyển nguyên liệu.
Một số linh kiện, phụ kiện hỗ trợ khác.

*Hệ thống cảm biến, điều khiển:






Thiết bị cảm biến trọng lượng ( loadcell cân băng định lượng).
Thiết bị cảm biến tốc độ.
Bộ chỉ thị điều khiển.
Biến tần.

Động cơ truyền động.


*Hệ thống điều khiển tự động hóa:
 Hệ thống tủ điện điều khiển trung tâm.
 Phần mềm điều khiển cân băng định lượng.
Dựa vào nhu cầu của doanh nghiệp sẽ lựa chọn cho mình một hệ thống cân băng
phù hợp.

2.1.1. Nguyên lý hoạt động.
Hệ thống cân băng được thiết kế để điều chỉnh tốc độ cấp liệu của vật rắn. Vật
liệu rắn được tháo ra từ các silo. Bề dầy của vật liệu trên băng tải thường được trải
đều để đảm bảo mức chịu tải của băng tải là không thay đổi. Lưu lượng vật liệu có
thể đạt được thơng qua việc điều chỉnh tốc độ của băng tải.
Nguyên lý: Động cơ quay kéo theo hộp giảm tốc làm quay băng tải hoạt động
đưa nhiên liệu xuống băng tải để vào máy nghiền. Liệu sẽ tác động lên tế bào cân
và tín hiệu từ tế bào cân sẽ đưa vào tủ điện điều khiển. Tại đây nhờ bộ biến tần
điều khiển tốc độ quay băng tải theo giá trị cần thiết.
Hệ thống định lượng được điều khiển nhờ PLC được sử dụng ở nhà máy xi
măng bao gồm 4 băng cân giống nhau để cân 4 loại liệu: đá vôi, đá sét, đá bazan và
quặng sắt.
Mỗi băng cân tải được lắp các đầu cân điện tử để đo trọng lượng m( loadcell)
trên băng và có đầu đo tốc độ để đo vận tốc dài cảu băng. Vì băng tải cân ngắn, tốc
độ từ động cơ đến băng tải truyền qua hộp số cứng nên tốc độ băng tải được đo qua
tốc độ động cơ. Các tín hiệu m và v được đưa vào máy tính thơng qua bộ chuyển
đổi A/D và máy tính sẽ tính năng suất thực của cân Qt=m.v và so sánh với giá trị
định mức Qđ của chúng. Từ đó đưa ra tín hiệu điều khiển Uđk để điều khiển động cơ
thông qua các bộ biến tần nhằm đảm bảo duy trì ổn định các thơng số trên theo giá
trị đặt trước.
Như vậy để đo 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 loadcell tác động,
cùng với tín hiệu từ cảm biến tốc độ chuyển động của động cơ ( băng tải) được
Encoder đưa về bộ xử lý trung tâm và so sánh với lượng định mức để đưa tín hiệu
mở van xả liệu. Nếu mở van xả liệu mà vẫn chưa đạt yêu cầu thì phải kết hợp điều
chỉnh tốc độ băng tải.


Chỉ thị tốc độ

Cảm biến
tốc độ

Khuếch đại
ADC

Máy tính

Băng tải
cân

Cảm biến
trọng
lượng

Khuếch đại

Van xả
liệu

Cơ cấu điều
khiển 1

Động cơ

Giao
tiếp

DAC

Biến tần CCĐK
2

Điều chỉnh

Hình 03: Sơ đồ công nghệ điều khiển cân băng tải.


Hình 04 : Hình ảnh hệ thống băng cân định lượng.

2.2.Xây dựng cơng thức tính tốn.
Chỉ một nửa trọng tải của vật liệu được con lăn cân.
Sàn con lăn được tính: leff=
Trong đó : leff là chiều dài hiệu dụng sàn (m)
lg là tổng chiều dài sàn (m).


Tải trọng băng tải được tính :
Q=
Với Q là tải trọng băng tải (kg/m)

Qb tải trọng trên sàn (kg).
- Giá trị đo quan trọng khác là tốc độ băng tải yêu cầu bởi bộ chuyển đổi và
chuyển đổi theo tần số xung.
- Việc sử dụng tải trọng và tốc độ băng tải để tính tốn cấp độ cấp liệu, được
tính tốn theo cơng thức:
I = Q*v
Với I là tốc độ cấp liệu ( lưu lượng)
v tốc độ băng tải (m/s).
*Xây dựng cơng thức tính tốn tốc độ băng tải từ bộ encoder:
Thời gian tính tốn là t(ms), số xung được đếm là x. Khi bánh xe quay
được một số vòng thì số xung đếm được là y xung.
Vậy, với y xung thì bánh xe encoder quay được x/y vịng tương ứng với góc
quay là (rad).
Sau 1ms bánh xe Encoder quay được (rad)
Tốc độ của bánh xe Encoder (rad/s).
Vận tốc bánh xe encoder:
Vbt=Ved= =1000*(m/s)
d- đường kính của encoder(m).
Tốc độ băng tải: n’=
với

n- tốc độ định mức của động cơ (v/ph).
k- tỷ số truyền của hộp số ( thường lấy k=43).

Vận tốc băng tải:
V=n’**=(m/ph)=(m/h).
Trong đó : D- đường kính con lăn (m).


R=1.4 m- chiều rộng của băng tải.

L=2.5m- chiều dài của băng tải.
d =0.1m- đường kính bánh xe encoder.
* Chuẩn hóa vận tốc băng tải:
Tốc độ băng tải khi tốc độ động cơ vượt quá giá trị định mức một lượng.
Suy ra vận tốc bánh xe encoder: Vbtmax= ()*(m/h)
Tính
* Tải trọng nền của băng tải :Qmax
I=Qmax*Vbt
Suy ra Qmax=Imax/Vbt
*Tải trọng trên sàn Qbmax
Qbmax=Qmax*(kg)
*Chuẩn hóa tải trọng băng tải cho đầu vào analog:
Đầu vào analog voiws dải giá trị dòng điện được chuẩn hóa từ 4-20mA khi qua bộ
chuyển đổi AD tương ứng với dải giá trị từ 0 đến 32767.
Khi đầu vào thay đổi một đơn vị, tải trọng băng tải sẽ thay đổi một lượng:
q

= (T/m)

Tải trọng băng tải :
Q=(0 = (0max) (T/m)
Chuẩn hóa:
=[0,01,0]
=[0,01,0]

2.3. Các thiết bị trong hệ thống cân băng định lượng.
Hệ thống cân băng định lượng thực hiện định lượng liệu theo một tỉ lệ nhất
định đòi hỏi độ chính xác, cơng việc này thực hiện được nhờ vào nhiều bộ phận
cấu thành, mà trong đó bao gồm một số phần tử đo lường, điều khiển và giám sát
sau:

*Máy tính:
Máy tính được đặt tại phịng điều khiển trung tâm, có chức năng: cho phép kĩ
thuật viên giám sát liên tục các hoạt động trong hệ thống để điều khiển quá trình,
hiển thị báo cáo về quá trình sản xuất, chỉ thị giá trị đo lường dưới dạng các trang
màn hình, trang đồ thị, trang sự kiện, thu thập dữ liệu và đưa vào lưu trữ theo trang
nhất định.
*PLC:
PLC có chức năng nhận lệnh từ máy tính truyền xuống cho biến tần để điều
khiển tốc độ động cơ băng tải, đồng thời nhận tín hiệu phản hồi từ biến tần truyền
về lại cho máy tính xử lý.
*Biến tần:
Biến tần sử dụng phương pháp điều khiển vector từ thông, thực hiện các lệnh
điều khiển của máy tính thơng qua PLC hoặc trực tiếp từ PLC. Biến tần cũng nhận
tín hiệu phản hồi tốc độ động cơ để thực hiện tính tốn các thơng số k của luật điều
khiển PID nhằm điều khiển tốc độ động cơ tiến nhanh đến giá trị mong muốn.
*Động cơ điện xoay chiều ba pha:
Động cơ này có nhiệm vụ chính là truyền chuyển động chính cho băng tải.
* Hộp số:
Đóng vai trị quan trọng trong việc truyền chuyển động giữa động cơ với băng
tải và các con lăn. Nó gồm bộ phận truyền bánh răng hay trục vít để giảm số vịng
quay và truyền cơng suất tới các cơ cấu chấp hành.
* Cảm biến:
Cảm biến đóng vai trị quan trọng, là đầu vào của PLC, mục đích là cân trọng
lượng liệu được vận chuyển và đo tốc độ của băng tải.
Trong cân băng tải người ta thường sử dụng cảm biến trọng lượng loadcell và
cảm biến vận tốc Enceder.
*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 điều khiển.
*Đầu cân:
Là thiết bị dùng để chuyển tín hiệu điện từ 4 đến 20mA hoặc từ 0 đến 10V
thành tín hiệu số.


2.3.1. Biến tần Micromaster Vector kiểu MM 440 của siemens.
Ta chọn biến tần Micromaster Vector kiểu MM 440 của Siemens sử dụng để
điều khiển và thay đổi tốc độ cơ.

Hình 05: Biến tần micromaster vector kiểu MM440 của siemen.

Thiết bị Micromaster Vector kiểu MM 440 được thiết kế kiểu module, có
thể điều khiển bằng bàn phím gắn trên máy hoặc lựa chọn ghép nối với
mạng profibus module.
Bộ biến tần Micromaster Vector kiểu MM 440 của Siemens có các
đặc điểm sau:
- Điều khiển vector vịng kín ( tốc độ/moment).
- Có nhiều lựa chọn truyền thông :PROFIBUS, DEVICE NET,CAN
OPEN.
- Ba bộ tham số trong một nhằm thích ứng biens tần với các chế độ
hoạt động khác nhau.
- Định mức theo tải moment không đổi hoặc bơm, quạt.
- Dự trữ động năng để chống sụt áp.
- Tích hợp sẵn bộ bấm dùng điện trở cho các biến tần 75kW.
- 4 tần số ngắt quãng tránh cộng hưởng lên động cơ hoặc lên máy.
- Khởi động bám khi biến tần nối với động cơ quay.


-

Tích hợp chức năng bảo vệ nhiệt cho động cơ dùng PTC/KTY.
Khối chức năng Logic tự do: AND,OR, định thời, đếm.
Moment khơng đổi khi qua tốc độ 0.
Kiểm sốt moment tải.
Thiết kế nhỏ gọn và dễ lắp đặt.

*Cách đấu nối dây:



2.3.2.Các bộ cảm biến.
Cảm biến là thiết bị thực hiện một quan hệ hàm đơn trị giữa hai đại lượng vật lý
với một độ chính xác nhất định. Là thiết bị chịu tác động của đại lượng cần đo m
không có tính chất điện và cho ta một đặc trưng mang bản chất điện ( như điện
tích, điện áp, dịng hoặc trở), ký hiệu là S. Đặc trưng điện S là hàm của đại lượng
cần đo m.
S=f(m)
Trong đó S là đại lượng đầu ra hoặc phản ứng của cảm biến và m là đại lượng
đầu vào hay kích thích ( có nguồn gốc là đại lượng cần đo). Việc đo đạc S cho phép
nhận biết giá trị của m.
Biểu thức S=f(m) là dạng lý thuyết của định luật vật lý biểu diễn hoạt động của
cảm biến, đồng thời là dạng số biểu diễn sự phụ thuộc của nó vào cấu tạo, vào vật
liệu làm cảm biến, đôi khi cả vào môi trường và chế độ sử dụng.

2.3.2.1.Cảm biến lực.
Cảm biến lực được dùng trong việc đo khối lượng được sử dụng phổ biến là
loadcell. Đây là một kiểu cảm biến lực biến dạng. Lực chưa biết tác động vào một
bộ phận đàn hồi, lượng di động của bộ phận đàn hồi biến đổi thành tín hiệu điện tỷ
lệ với lực chưa biết. Sau đây là giới thiệu về loại cảm biến này:

Bộ phận chính của loadcell là những tấm điện trở mỏng loại dán.Tấm điện trở
là một phương tiện để biến đổi một biến dạng nhỏ thành sự thay đổi tương ứng
trong điện trở. Một mạch đo dùng các miếng biến dạng sẽ cho phép thu được một
tín hiệu điện tỷ lệ với mức độ thay đổi của điện trở. Mạch thông dụng nhất sử dụng
trong loadcell là cầu Wheatstone.
Nguyên lý:
Cầu Wheatstone là mạch đo được chọn nhiều nhất cho việc đo những biến
thiên điện trở nhỏ ( tối đa 10%), chẳng hạn như việc dùng các miếng đo biến dạng.
Phần lớn các thiết bị đo đạc có sẵn trên thị trường đều khơng ít thì nhiều dùng
phiên bản của cầu wheatstone đã được sàng lọc. Như vậy, việc tìm hiểu nguyên lý
cơ bản của loại mạch này là cần thiết.


Hình. Mạch cầu wheatstone.
Mạch gồm 4 điện trở giống nhau R1,R2,R3 và R4 tạo thành cầu wheatstone
như hình trên. Đối với cầu wheatstone này, bỏ qua những thông số hạng bậc cao,
hiệu thế đầu ra Em thông qua thiết bị đo với trở kháng Zm sẽ là:
E m=
Với là biến đổi đơn vị của mỗi điện trở Ri
R là điện trở danh nghĩa ban đầu của các điện trở R1,R2,R3,R4
V là hiệu điện thế nguồn.
Điện thế nguồn có thể thuộc loại liên tục với điều kiện là dùng một nguồn năng
lượng cung cấp thật ổn định. Các thiết bị trên thị trường đôi khi lại dùng nguồn cấp
xoay chiều. Trong trường hợp đó phải tính đến sửa đổi mạch cơ bản để có thể giải
điều chế thành phần xoay chiều của tín hiệu.
Trong phần lớn các trường hợp,Zm rất lớn so với R ( ví dụ như volt kế số, bộ
khuếch đại với phần nối trực tiếp) nên biểu thức trên viết lại là:
Em=.
Phương trình trên cho thấy là sự biến đổi đơn vị điện trở của hai điện trở đối
mặt nhau, ví dụ R1 và R3, sẽ là cộng lại với nhau trong khi tác động của hai điện

trở kề bên nhau, như R1 và R2 thì lại trừ cho nhau.Đặc tính này của mạch
wheatstone thường được dùng để đảm bảo tính ổn định nhiệt của các mạch miếng
đo và cũng để dùng cho các thiết kế đặc biệt.
Trong hệ thống cân băng định lượng của nhà máy sử dụng Loadcell VLC-100
do công ty Vitual Measurements & Control LLC (CA, USA) sản xuất:


2.3.2.2. Cảm biến vận tốc.
Trong công nghiệp, việc đo vận tốc, trong phần lớn các trường hợp thường là
đo tốc độ quay của máy. Trường hợp chuyển động thẳng, việc đo vận tốc dài cũng
được chuyển sang đo tốc độ quay. Các cảm biến công nghiệp dùng để đo vận tốc
dựa trên định luật Faraday:
e=
với e là suất điện động xuất hiện khi từ thông thay đổi một lượng d trong
khoảng thời gian dt. Khi đó từ thơng đi qua một mạch là một hàm số dạng:0.F(x),
với x là biến số của vị trí thay đổi theo đường thẳng hoặc vị trí theo góc quay.


Mọi sự chuyển động tương đối giữa nguồn từ thông và mạch có từ thơng đi
qua sẽ làm trong mạch xuất hiện một suất điện động có biên độ tỷ lệ với tốc độ
dịch chuyển. Suất điện động này chứa đựng trong nó tín hiệu ra của cảm biến.
e = -0.
Trong hệ thống, chúng ta sử dụng Encoder để đo tốc độ động cơ của các băng
tải cấp liệu.
Encoder đo tốc độ quay của động cơ, vật trung gian thường dùng là đĩa gắn
liền với trục quay cần đo tốc độ. Đĩa có cấu tạo tuần hồn: bề mặt của đĩa được
chia thành p phần bằng nhau( chia theo góc ở tâm), mỗi phần mang một dấu hiệu
đặc trưng như lỗ đường vát, bánh răng.
Một cảm biến thích hợp được đặt với vật trung gian để ghi nhận một cách
ngắt quãng mỗi khi có một dấu hiệu đi qua và một lần như vậy nó cũng cấp một

xung tín hiệu. Biểu thức của tần số f của tín hiệu xung được viết dưới dạng:
f = p.N
với f là tần số ( Hz), p số lượng dấu hiệu trên đĩa và N là số vịng quay của
đĩa mỗi giây.

Hình. Cấu tạo bộ phận đo tốc độ quay encoder.
Vật quay phải có các vùng phản xạ được bố trí tuần hồn trên hình trịn được
chiếu bằng tia sáng, hoặc là vật được gắn trên một đĩa có ác phần trong suốt xen kẽ
các phần chắn sáng đặt giữa nguồn sáng và đầu thu quang.
Đầu thu quang nhận được một thông lượng biến điệu và nó phát tín hiệu có tần
số tỷ lệ với tốc độ quay nhưng biên độ của tín hiệu này không phụ thuộc vào.


Phạm vi của tốc độ đo phụ thuộc vào hai yếu tố chính:
- số lượng lỗ trên đĩa quay.
-

dải thơng của đầu thu quang và của mạch điện từ.

Để đo tốc độ nhỏ , như 0.1 vòng/phút, phải dùng đĩa có số lượng lỗ rất
lớn( 500-1000). Trong trường hợp cần đo tốc độ lớn (105-106 vòng /phút) phải
sử dụng loại đĩa quay có 1 l, khi đó chính tần số ngắt của mach điện là đại
lượng xác định tốc độ quay cực đại có thể đo được.
Ưu điểm: ở đây thơng tin thu nhận là tần số nên có khả năng chống nhiễu,
chống suy giảm và dễ biến đổi sang dạng số.

2.3.3. Động cơ điện không đồng bộ xoay chiều ba pha.
Băng tải nhận liệu từ phễu và vận chuyển đến nơi phối liệu nên chuyển
động của nó là theo một chiều bắt buộc và không đảo chiều quay. Nếu đảo
chiều quay của băng tải thì do qn tính ngun vật liệu sẽ rơi vãi, không bảo

đảm được yêu cầu phối liệu. Ngồi ra khi đảo chiều thì sẽ có một số phần của
vật liệu không chuyển qua được thiết bị cảm biến để cân chính xác.Chính vì
vậy mà trong hệ thống cân băng định lượng sử dụng động cơ không đồng bộ
ba pha để truyển chuyển động cho băng tải.
Để tính chọn cơng suất động cơ trong trường hợp truyền động có điều chỉnh
tốc độ, ta cần xác định các yêu cầu cơ bản sau:

 Đặc tính phụ tải truyền động Pc(),Mc():Phụ tải truyền động yêu cầu điều
chỉnh tốc độ với M=const. Khi đó, cơng suất u cầu cực đại Pmax =Mđm. max

Hình. Đặc tính phụ tải.
 Phạm vi điều chỉnh tốc độ

max

và

min.

Dải điều chỉnh tốc độ D= max / min=20:1


 Phương pháp điều chỉnh và bộ biến đổi trong hệ thống truyền động
Dự định dùng phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng sử dụng chỉnh lưu
cầu ba pha có điều chỉnh ( thyristor).
 Loại động cơ truyền động
Yêu cầu dùng động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha.
Đặc điểm của truyền động băng tải là phải giữ cho M=const trong phạm vi
điều chỉnh tốc độ.
Trong hệ thống cân băng định lượng sử dụng loại động cơ không đồng bộ

xoay chiều ba pha rotor dây quấn do hãng ABB sản xuất

2.3.4. Các bộ biến đổi DAC, ADC.
Trong hệ thống cân băng ta sử dụng chuyển đổi AD9243 14 bit:
- AD9243 là bộ chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số 14 bit.
- AD9243 thực hiện chức năng chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu
số.
- AD9243 tiêu thụ 110mW với nguồn cung cấp năng lượng +5V đơn cực.
- Vi mạch làm việc ổn định trong phạm vi nhiệt độ cho phép và không gây
mất thông tin.

2.3.5. Đầu cân.
Thiết bị chỉ thị khối lượng ( đầu cân) có nhiều loại, do nhiều hãng sản xuất.Tùy
loại và yêu cầu mà có nhiều chức năng khác nhau. Chức năng cơ bản vẫn là lấy tín
hiệu từ loadcell, biến đổi A/D, xử lý và hiện thị khối lượng cân , có thể truyền dữ
liệu về máy tính hoặc in ra.
Trong hệ thống cân băng định lượng ta sử dụng đầu cân BDI-9302:
- Điều chỉnh hoàn toàn dùng kĩ thuật số làm cho việc chỉnh điểm 0 và định
bước cân trở nên dễ dàng. Không cần nạp và xóa trọng lượng đặt một cách
liên tục.


- Có 16 hàm chức năng được điều chỉnh thơng qua 16 phím nhấn.Có thể sử
dụng cho rất nhiều ứng dụng cân tĩnh cũng như cân động.
- Cho phép khởi động lại các giá trị mặc định tạo bởi nhà sản xuất khi có sự
cố đối với hoạt động bình thường.
- Chức năng kiểm tra hệ thống sẽ kiểm tra từng bộ phận của hệ thống để đảm
bảo hoạt động đúng.
- Hai chương trình chứa các giá trị nhưu: Final weight ( SETPOINT), Uppere
Limit(HI), Lower Limit(LO), Preliminary weight (PRELIM) và tầm bù rơi

tự do(FreeFall) được lưu trữ.

2.3.6. Bộ lập trình PLC điều khiển hệ thống cân băng định lượng.
Đối với hệ thống cân băng định lượng ta chọn thiết bị lập trình điều khiển PLC
S7-300 của Siemens.