Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu và khảo sát hệ truyền động Thyritor – Động cơ ở phòng thí nghiệm khoa điện điện tử để điều khiển chuyển động cân băng định lượng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGUYỄN THỊ NGA

NGHIÊN CỨU VÀ KHẢO SÁT HỆ TRUYỀN ĐỘNG THYRITOR
ĐỘNG CƠ Ở PHỊNG THÍ NGHIỆM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
ĐỂ ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Thái Nguyên - 2014

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGUYỄN THỊ NGA

NGHIÊN CỨU VÀ KHẢO SÁT HỆ TRUYỀN ĐỘNG THYRITOR
ĐỘNG CƠ Ở PHỊNG THÍ NGHIỆM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
ĐỂ ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG

CHUYÊN NGHÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
MÃ SỐ: 60520216

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
KHOA CHUYÊN MÔN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TRƯỞNG KHOA

PGS.TS. VÕ QUANG LẠP
PHÒNG QUẢN LÝ ĐT SAU ĐẠI HỌC

Thái Nguyên - 2014

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

i

LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: Nguyễn Thị Nga
Sinh ngày: 22 tháng 01 năm 1983
Học viên lớp cao học khoá 14 - Tự động hố - Trường Đại học Kỹ Thuật
Cơng Nghiệp Thái Nguyên – Đại học Thái Nguyên.
Hiện đang công tác tại: Trường Trung học Phổ thông Yên Thủy B.
Tôi xin cam đoan những gì tơi viết trong luận văn này là do sự tổng hợp
và nghiên cứu theo định hướng của giáo viên hướng dẫn không sao chép của
người khác.
Trong luận văn có sử dụng một số tài liệu tham khảo đã được chỉ ra trong
luận văn.

Thái Nguyên, ngày 28 tháng 12 năm 2013
Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Nga

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

ii

LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian tìm hiểu và làm việc khẩn trương cùng với sự giúp đỡ
tận tình của PGS.TS. Võ Quang Lạp tác giả đã hoàn thành luận văn với đề tài:
“Nghiên cứu và khảo sát hệ truyền động Thyritor – Động cơ ở phịng thí
nghiệm khoa điện - điện tử để điều khiển chuyển động cân băng định lượng ”
Với tình cảm và lịng biết ơn sâu sắc, tác giả xin chân thành cảm ơn tới
PGS.TS. Võ Quang Lạp người đã trực tiếp giảng dạy và dành nhiều thời gian
tâm huyết hướng dẫn, giúp đỡ tác giả trong suốt thời gian thực hiện luận văn.
Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn tới Ban giám hiệu, các thầy cô giáo
trong Khoa Điện trường đại học Kỹ thuật Cơng nghiệp, các thầy cơ giáo trong
Phịng quản lý đào tạo sau đại học, Trung tâm thí nghiệm đã giúp đỡ tác giả rất
nhiều về kiến thức chuyên môn, tài liệu nghiên cứu để tác giả có thể hồn thành
luận văn của mình
Tuy đã cố gắng rất nhiều nhưng do thời gian, kiến thức, kinh nghiệm và
tài liệu tham khảo còn hạn chế nên luận văn vẫn còn nhiều thiếu sót. Tác giả rất
mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của Hội đồng chấm luận văn, các thầy cô
giáo và các bạn đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn.

Thái nguyên, ngày 28 tháng 12 năm 2013

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Nga

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

iii

MỤC LỤC
NỘI DUNG

Trang

LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. 1
LỜI CÁM ƠN................................................................................................... ii
MỤC LỤC ....................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .................................... vi
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ MINH HỌA ..................... vii
MỞ ĐẦU........................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG...................... 2
1.1. Ứng dụng của cân băng định lượng trong sản xuất công nghiệp .................. 2
1.1.1. Giới thiệu một số cân băng định lượng trong thực tế ............................. 5
1.1.1.1. Hệ thống cân băng cho nhà máy xi măng Cosevco Sông Gianh ....... 5
1.1.1.2. Nguyên lý làm việc của hệ thống cân băng cho trạm trộn bê tông.... 7
1.2 Nguyên lý làm việc và các yêu cầu về chuyển động của cân băng định
lượng.................................................................................................................. 8
1.2.1. Cấu trúc của một hệ thống cân băng định lượng
8

1.2.2. Nguyên lý làm việc của cân băng định lượng 9
1.2.2.1. Nguyên lý đo theo năng suất ............................................................ 9
1.2.2.2. Nguyên lý đo theo khối lượng ....................................................... 10
1.2.3. Các yêu cầu về hệ chuyển động cân băng định lượng 10
1.2.3.1. Loại phụ tải.................................................................................... 10
1.2.3.2. Chiều quay của băng...................................................................... 11
1.2.3.3. Giản đồ phụ tải .............................................................................. 11
1.2.3.4. Các yêu cầu về khởi động và hãm.................................................. 12
1.2.3.5. Sơ đồ động học .............................................................................. 13
1.2.3.6. Hệ truyền động nhiều động cơ ....................................................... 13
1.2.3.7. Độ chính xác.................................................................................. 13
1.2.3.8. Dải điều chỉnh................................................................................ 13
1.3 Các phương án thiết kế hệ điều khiển cân băng định lượng........................ 13
1.3.1 Hệ điều khiển tương tự
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

14

/>

iv
14
1.3.2. Hệ điều khiển dùng cảm biến
1.4 Các phương án truyền động cho cân băng .................................................. 15

1.4.1 Hệ thống truyền động chỉnh lưu điều khiển động cơ một chiều 16
1.4.2 Hệ thống truyền động điều chỉnh xung áp - động cơ một chiều (XAĐ)
19
1.4.3 Hệ thống truyền động véc tơ biến tần – động cơ KĐB 22
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ T – Đ TẠI PHỊNG THÍ

NGHIỆM TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN CHO ĐIỀU
KHIỂN CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG............................................................ 25
2.1 Nội dung thực nghiệm ................................................................................ 25
2.1.1. Giới thiệu các trang thiết bị bố trí trên sơ đồ: 25
2.1.2. Sơ đồ nguyên lý và nguyên lý làm việc 25
2.1.2.1. Sơ đồ nguyên lý:............................................................................ 26
2.1.2.2. Nguyên lý làm việc ........................................................................ 27
2.1.2.3. Bố trí thiết bị trên Module: ............................................................ 32
2.1.3 Hệ tải
36
2.2 Kết quả thực nghiệm .................................................................................. 38
2.2.1. Đo điện áp đồng bộ hóa và điện áp răng cưa 38
2.2.1.1. Đo điện áp đồng bộ hóa ở một mạch tạo xung ............................... 38
2.2.1.2. Đo điện áp răng cưa ở một kênh tạo xung ...................................... 38
2.2.1.3. Khâu sửa xung và gửi xung ........................................................... 39
2.2.2. Thí nghiệm
39
2.2.2.1. Thí nghiệm 1: động cơ quay theo chiều thuận với bộ điều khiển P.....
......................................................................................................................... 39
2.2.2.2. Thí nghiệm 2: động cơ quay theo chiều thuận với bộ điều khiển PI …40
2.2.2.3. Thí nghiệm 3:động cơ quay theo chiều ngược với bộ điều khiển P.....
………………………………………………………………………………….41
2.2.2.4. Thí nghiệm 4: động cơ quay theo chiều ngược với bộ điều khiển PI …..
………………………………………………………………………………….42
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH KHỐI LƯỢNG
CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG.......................................................................... 44

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

v

3.1. Ứng dụng hệ truyền động T- Đ cho điều khiển ổn định khối lượng cân băng
định lượng. ....................................................................................................... 44
3.1.1 Sơ đồ khối của hệ thống truyền động điều khiển ổn định khối lượng cân
băng định lượng...........................................................................................44
3.1.2. Xây dựng sơ đồ cấu trúc hệ truyền động ổn định khối lượng 45
3.1.2.1. Tổng hợp hệ T- Đ .......................................................................... 45
3.1.2.2. Tổng hợp mạch vịng ổn định khối lượng ...................................... 49
3.2 Mơ phỏng hệ truyền động cân băng với các bộ điều khiển PID .................. 52
3.2.1 Tính tốn các thơng số hệ điểu khiển ổn định khối lượng đối với
động cơ một chiều kích từ độc lập 52
3.2.2 Sơ đồ mơ phỏng hệ điều khiển cân băng bằng MATLAB
SIMULINK
…
………………………………………………………………………………….52

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ........................................................................ 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................. 59
PHỤ LỤC

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

vi

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
STT

Ký hiệu

Diễn giải nội dung đầy đủ

1

ĐHCN

Đại học Công nghiệp

2

CBĐL

Cân băng định lượng

3

ĐC

Động cơ điện một chiều

4

ADC

Analog Digital Convert

5

DAC

Digital Analog Convert

6

PWM

Bộ biến đổi xung điện áp

7

XA-Đ

Điều chỉnh xung áp - động cơ một chiều

8

T-Đ

9

CL-Đ

10

F-Đ

Hệ máy phát động cơ

11

BBĐ

Bộ biến đổi

12

PID

Proportional Intergal Derivative

13

PI

14

FXCĐ

15

SRC

16

TXPCX

17

SS

So sánh

18

ĐK

Động cơ không đồng bộ

Thyristor - động cơ
Chỉnh lưu điều khiển - động cơ một chiều

Proportional Intergal
Phát xung chủ đạo
Sóng răng cưa
Tạo xung phân chia xung

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

vii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ MINH HỌA
Hình 1.1

Sơ đồ hệ thống nghiền than và vận chuyển than nghiền

4

Hình 1.2

Sơ đồ khối chức năng của cân băng định lượng

6

Hình 1.3

Sơ đồ nguyên lý đo lường của hệ thống cân băng định lượng

6

Hình 1.4

Sơ đồ nguyên lý hệ thống cân băng của trạm trộn bê tơng

7

Hình 1.5

Sơ đồ đo hệ thống cân băng phối liệu nhiều thành phần

8

Hình 1.6

Sơ đồ nguyên lý của hệ truyền động cân băng

9

Hình 1.7

Đồ thị cơng suất và momen cản tĩnh

11

Hình 1.8

Giản đồ phụ tải

12

Hình 1.9

Sơ đồ động học

13

Hình 1.10

Hệ thống điều khiển kín dùng cảm biến lực

14

Hình 1.11

Hệ thống điêu khiển kín dùng phản hồi số

15

Hình 1.12

Hệ thống điều chỉnh tốc độ có đảo chiều Thyristor - động cơ

16

Hình 1.13
Hình 1.14
Hình 1.15
Hình 1.16

Sơ đồ cấu trúc trạng thái tĩnh ổn định hệ thống điều chỉnh tốc
độ hai mạch vịng kín.
Đường đặc tĩnh của hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch
vịng kín
Sơ đồ cấu trúc trạng thái động của hệ thống điều chỉnh tốc độ
hai mạch vịng kín.
Sơ đồ khối hệ thống truyền động điều chế độ rộng xung
một chiều

17
18
18
19

Hình 1.17

Sơ đồ nguyên lý bộ biến đổi PWM dạng H

20

Hình 1.18

Đồ thị điện áp của bộ biến đổi PWM dạng H

20

Hình 1.19

Sơ đồ khối của mạch tạo xung điều khiển

22

Hình 1.20

Sơ đồ nguyên lý điều khiển ĐC KĐB bằng thiết bị biến tần

23

Hình 2.1

Sơ đồ nguyên lý module chỉnh lưu cầu 3 pha

26

Hình 2.2

Sơ đồ nguyên lý và giản đồ điện áp của chỉnh lưu hình cầu 3

pha

28

Hình 2.3

Sơ đồ khối một kênh tạo xung

28

Hình 2.4

Sơ đồ tạo xung cho một kênh

30

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

viii

Hình 2.5

Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển cân bằng

31

Hình 2.6

Sơ đồ bố trí thiết bị trên modul chỉnh lưu cầu 3 pha

32

Bảng 2.1

Chức năng của các thiết bị trên modul

34

Bảng 2.2

Chức năng của các thiết bị tín hiệu và đóng ngắt trên mạch
điều khiển

35

Hình 2.7

Hệ tải DC1 - DC2 và máy phát tốc

36

Hình 2.8

Sơ đồ ngun lý thí nghiệm truyền động điện

37

Hình 2.9

Điện áp khâu đồng bộ hóa

38

Hình 2.10

Điện áp đầu ra khâu phát sóng răng cưa

38

Hình 2.11

Điện áp khâu sửa xung và gửi xung

39

Hình 2.12

Động cơ quay theo chiều thuận với bộ điều khiển P

40

Hình 2.13

Động cơ quay theo chiều thuận với bộ điều khiển PI

41

Hình 2.14

Đảo chiều động cơ với bộ điều khiển P

41

Hình 2.15

Đảo chiều động cơ với bộ điều khiển PI

42

Hình 3.1

Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển ổn định khối lượng cân
băng

44

Hình 3.2

Sơ đồ cấu trúc khi từ thơng khơng đổi.

45

Hình 3.3

Sơ đồ cấu trúc của bộ chỉnh lưu bán dẫn thyristor

45

Hình 3.4

Sơ đồ cấu trúc mạch vịng dịng điện

47

Hình 3.5

Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vịng dịng điện

47

Hình 3.6

Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vịng tốc độ

48

Hình 3.7

Sơ đồ cấu trúc của hệ thống tự động điều khiển cân băng

49

Hình 3.8

Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vịng ổn định khối lượng

50

Hình 3.9

Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển ổn định cân băng định lượng

51

Hình 3.10

Sơ đồ mơ phỏng hệ điều khiển bằng bộ điều khiển PID

52

Hình 3.11
Hình 3.12

Các tín hịệu khối lượng đầu ra tương ứng với giá trị của khối
lượng đặt đầu vào φ đặt = 10 (V), I = 8,7 (A)
Quan hệ giữa  và 

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

54
56

/>

1

MỞ ĐẦU
1. Mục tiêu của luận văn

Cân băng định lượng được dùng nhiều trong dây chuyền sản xuất cơng
nghiệp, có nhiều phương án truyền động cho cân băng này. Song để đáp ứng
giữa lý thuyết và thực nghiệm dựa trên cơ sở thí nghiệm của Trường Đại học
kỹ thuật Cơng nghiệp Thái nguyên nên tôi chọn tên đề tài“ Nghiên cứu và
khảo sát hệ truyền động Thyritor – Động cơ ở phịng thí nghiệm khoa điện
- điện tử để điều khiển chuyển động cân băng định lượng”
Kết quả đề tài vừa có ý nghĩa thực tế, vừa có tính khoa học.
2. Mục tiêu của nghiên cứu
- Tìm hiểu yêu cầu về truyền động cân băng định lượng
- Tiến hành thí nghiệm kiểm nghiệm hệ truyền động ở phịng thí
nghiệm để từ đó đề xuất truyền động cho cân băng định lượng
- Trên cơ sở hệ truyền động ở phịng thí nghiệm đã tính tốn đánh giá
để soa sánh kết quả với nhau
- Ứng dụng hệ truyền động ở phịng thí nghiệm cho điều khiển cân
băng định lượng đồng thời tính toán đánh giá chất lượng hệ chuyển động này
3. Nội dung của luận văn
Với mục tiêu đặt ra, nội dung luận văn bao gồm các chương sau:
Chương 1: Tổng quan về cân băng định lượng
Chương 2: Nghiên cứu ứng dụng hệ T- Đ tại phịng thí nghiệm Trường
ĐHKT Cơng nghiệp Thái nguyên cho điều khiển cân băng định lượng
Chương 3: Xây dựng hệ điều khiển ổn định cân băng định lượng
Kết luận và kiến nghị

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG

1.1. Ứng dụng của cân băng định lượng trong sản xuất công nghiệp
Trong các dây chuyền sản xuất tự động của các nhà máy như :nhiệt
điện, xi măng, chế biến thức ăn gia xúc hay chế biến thực phẩm…. ta nhận
thấy rằng để pha trộn nguyên liệu theo một tỉ lệ nhất định và cân được khối
lượng các nguyên vật liệu đã được vận chuyển theo yêu cầu của thành phẩm
thì người ta đều sử dụng hệ thống cân băng định lượng.


Chẳng hạn như cân băng định lượng của nhà máy sản xuất xi măng

thực hiện việc phối liệu một cách liên tục theo tỷ lệ yêu cầu công nghệ đặt ra.
Đây là công đoạn quan trọng, quyết định chất lượng sản phẩm của cơng nghệ
sản xuất xi măng lị đứng. Đảm nhận cơng 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 đáp 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.
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/cm2 ) sẽ được máy phân ly đưa
trở lại vào đầu máy nghiền để nghiền lại.

Tỷ lệ phối liệu theo định mức sau:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

3

Đá1:

từ (29  37%)

Đá2 :

từ (32  40%)

Quặng sắt :

6%

Than đá :

16%

Đất sét :

4%

Thạch cao :

5%

 Cân băng định lượng ở nhà máy nhiệt điện nằm trong hệ thống
nghiền than và vận chuyển than nghiền. Tức là than cấp cho lò hơi sẽ được
nghiền nhỏ bởi máy nghiền thành các dạng bột rồi được thổi phun vào trong
buồng đốt. Đứng trên quan điểm điều khiển thì quá trình đốt bụi than nghiền
tương tự như đốt nhiên liệu khí, nhiệt lượng tăng rất nhanh theo sự thay đổi
của lưu lượng than cấp. Tùy thuộc vào loại máy nghiền được sử dụng mà
dung lượng than chứa trong máy nghiền là nhiều hay ít trước khi được đưa
vào buồng đốt. Mỗi hệ thống nghiền than có thể phục vụ cho một hay nhiều
lị đốt. Thực hiện được điều đó thì các ống dẫn than chính vào mỗi lị có kích
cỡ và các hệ thống lưu thơng dịng than tương ứng với từng lị.
Hệ thống nghiền than bao gồm có bộ phận cơ bản:
Hệ thống cấp than.
Hệ thống nghiền và phân loại than.
Hệ thống luồng khơng khí và quạt thổi hút.
Hệ thống sấy than nghiền.
* Hệ thống cấp và nghiền than
Hệ thống nghiền than cho 1 lò gồm 4 máy nghiền, mỗi máy nghiền
gồm 2 boongke than nguyên, 2 máy thứ cấp than nguyên, máy nghiền có
cấu tạo đầu ra kép, 2 bộ phận phân ly than thơ, hệ thống thơng gió cấp 1 và
các hệ thống liên quan để sấy và cấp than được nghiền tới 32 rãnh vòi đốt
than bột. Các boongke than nguyên liệu liên tục được cấp đầy bằng hệ thống
băng tải. Ở máy nghiền, than được nghiền nhỏ với kích cỡ đạt yêu cầu (tới
độ mịn yêu cầu). Sau đó than nghiền được hệ thống gió cấp 1 (hỗn hợp gió
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

4

nóng và gió lạnh) vận chuyển qua bộ phân ly than thô và bộ phân ly xyclone
tới các rãnh và vòi đốt. Than được vận chuyển theo băng tải lên đỉnh boongke
than, ở đầu ra của boongke than nguyên được cấp xuống đầu vào máy cấp
than nguyên qua ống rót hình nón bởi một van điều khiển. Thơng thường mỗi
lị hơi được trang bị 8 máy cấp than nguyên (2 máy cấp cho 1 máy nghiền) đặt
ở đầu ra của boongke than nguyên.
Động cơ dẫn động máy cấp than nguyên có thể thay đổi tốc độ và
được điều chỉnh tải theo sự thay đổi của máy nghiền. Khi yêu cầu tải tăng lên
thì tốc độ máy cấp phải được điều chỉnh tăng lên để đáp ứng lượng than yêu
cầu. Trong máy cấp than nguyên có một hệ thống cân điện tử cung cấp chỉ số
lưu lượng than tại chỗ, từ xa và tổng lượng than qua máy nghiền. Hệ thống
cấp than được thiết kế để đảm bảo việc cung cấp than từ boongke vào máy
nghiền một cách chính xác, tin cậy và không bị gián đoạn. Than từ
boongke được cấp ở một tốc độ xác định được điều khiển trên băng chính của
máy cấp than ngun.

Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống nghiền than và vận chuyển than nghiền
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

5

Như vậy ta thấy với dây chuyền nhà máy nhiệt điện ở máy cấp than
nguyên có một hệ thống cân điện tử cung cấp chỉ số lưu lượng than tại chỗ, từ
xa và tổng lượng than qua máy nghiền. Hệ thống cấp than được thiết kế để
đảm bảo việc cung cấp than từ boongke vào máy nghiền một cách chính xác,
tin cậy và không bị gián đoạn. Than từ boongke được cấp ở một tốc độ xác
định được điều khiển trên băng chính của máy cấp than nguyên. Do vậy, với
thiết kế của cơng nghệ thì nếu hệ thống cân than bị hỏng thì hệ thống cấp

than sẽ ngừng, dẫn đến ngừng máy nghiền và có thể dẫn đến ngừng lị hơi.
Hệ thống cân than này ln được kiểm tra và định kỳ hiệu chỉnh, đảm bảo sự
làm việc chính xác và tin cậy.Góp phần vào sự vận hành ổn định, hiệu suất và
kinh tế của nhà máy.
Từ những ứng dụng thực tế trên ta nhận thấy, cân băng định lượng
ngày càng được ứng dụng rộng rãi và phong phú, nó có một vai trị hết sức
quan trọng trong các dây chuyền sản xuất tự động , đáp ứng được các yêu cầu
mà công nghệ đặt ra.
1.1.1. Giới thiệu một số cân băng định lượng trong thực tế
1.1.1.1. Hệ thống cân băng cho nhà máy xi măng Cosevco Sông Gianh
Hệ thống cân băng MULTIDOS được thiết kế để điều chỉnh tốc độ cấp
liệu của vật liệu rắn. Vật liệu rắn được tháo ra từ Bunke. Bề dày 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
băng tải.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

6

Hình 1.2: Sơ đồ khối chức năng của cân băng định lượng

Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý đo lường của hệ thống cân băng định lượng
Giá trị lực tác dụng tỷ lệ với sự thay đổi điện trở cảm ứng trong cầu
điện trở và do đó trả về tín hiệu điện áp tỷ lệ . Nó được khuếch đại và đưa đến
bộ vi xử lý thông bộ chuyển đổi tượng tự/số (ADC). Chỉ một nửa tải trọng
của vật liệu được con lăn cân Sàn con lăn được tính như sau:

Leff = Lg/2
Trong đó:

(1.1)

Leff: Chiều dài hiệu dụng sàn (m).
Lg : Tổng chiều dài sàn (m).

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

7

Tải trọng băng tải Q được tính tốn như sau: Q = QB/Leff

(1.2)

Q: 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 tốc độ cấp liệu, được
tính theo cơng thức sau:

I = Q.v = QB.v/Leff

(1.3)

I: Tốc độ cấp liệu (lưu lựơng).

v: Tốc độ băng tải (m/s).
1.1.1.2. Nguyên lý làm việc của hệ thống cân băng cho trạm trộn bê tông
Hệ thống cân băng định lượng được thiết kế để điều chỉnh tốc độ cấp
liệu của vật liệu rắn. Vật liệu rắn được tháo ra từ Bunke hoặc silo. Bề dày 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 băng tải.

Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý hệ thống cân băng của trạm trộn bê tơng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

8

Q

Hình 1.5: Sơ đồ đo hệ thống cân băng phối liệu nhiều thành phần
Các tín hiệu m (khối lượng), V (tốc độ) băng tải được đọc vào máy tính
theo các đường khối lượng (sử dụng card chuyển đổi A/D 6 kênh), đường
tốc độ (cổng COM 1), từ bộ chuyển đổi RS 232/485, máy tính sẽ tính năng
suất thực của các cân Qt = mV, so sánh với năng suất định mức Q đặt của
chúng, từ đó đưa ra tín hiệu điều khiển Uđk để điều khiển các động cơ
thông qua các bộ biến tần (dinventer). Mục đích là điều chỉnh tốc độ hợp lý
cho băng tải cân, sao cho sai lệch giữa năng suất thực với năng suất định
mức ≤ 1%. Trong hệ thống này cứ mỗi chu kỳ 100 ms- 200 ms, máy tính lại
đọc các số liệu mV một lần, sau đó tính trung bình trong 1s-2s, từ đó đưa ra
tín hiệu điều khiển mới. Như vậy cứ 1s-2s hệ thống lại điều chỉnh tốc độ của
băng tải cân 1 lần. Năng suất thực của các cân cũng được thơng báo trên
màn hình với chu kỳ 10s 1 lần để người điều khiển kịp theo dõi. Số liệu này là

năng suất trung bình của cân trong 10s đó.
1.2. Nguyên lý làm việc và các yêu cầu về chuyển động của cân băng định
lượng.
1.2.1. Cấu trúc của một hệ thống cân băng định lượng
Cân băng định lượng là cơ cấu tác động liên tục thuộc nhóm máy nâng
vận chuyển. Là thiết bị vận tải liên tục dùng để chuyên chở hàng dạng hạt,
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

9

cục (cát, đá dăm, than, thóc gạo...) hoặc các vật liệu thể rắn (gỗ, hòm ,
thép

thỏi) theo phương nằm ngang hoặc theo mặt phẳng nghiêng (góc

nghiêng khơng lớn hơn 300 ).Nó đóng vai trị quan trọng trong q trình sản
xuất, là cầu nối giữa các hạng mục, cơng trình sản xuất riêng biệt giữa các
phân xưởng trong một nhà máy, giữa các máy sản xuất trong một dây chuyền
sản xuất.
Hệ truyền động cân băng định lượng gồm có:
+ Động cơ điện
+ Hộp số
+ Trục chính (hoặc truyền động xích, dây cơroa…)
+ Băng tải
+ Phễu
+ Cơ cấu cân định lượng

Hình 1.6: Sơ đồ nguyên lý của hệ truyền động cân băng

1.2.2. Nguyên lý làm việc của cân băng định lượng
1.2.2.1. Nguyên lý đo theo năng suất
- Ta có cơng thức:

Qt = m.v.t

(1.5)

Trong đó: m: khối lượng (kg) ; v: tốc độ băng tải (m/s) ; t: thời gian đặt (ms)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

10

- Với năng suất Q sau khoảng thời gian t1 (ms) ta tiến hành đo một lần
và sẽ so sánh với năng suất yêu cầu (Qyc).
+ Nếu Q > Qyc thì vận tốc băng tải giảm.
+ Nếu Q < Qyc thì vận tốc băng tải tăng
1.2.2.2. Nguyên lý đo theo khối lượng
Khối lượng của vật liệu được cơ cấu cân định lượng cân chính xác
theo lượng đặt ban đầu. Năng suất của băng tải được tính theo biểu thức:
Q = δ.v [ kg/s

(1.6)

hay Q 

3600. .v

1000

(1.7)

Trong đó:
δ : khối lượng tải theo chiều dài [kg/m ]
v : tốc độ di chuyển của băng [m/s]
Khối lượng của băng tải theo chiều dài được tính theo cơng thức:
  S. .10 3

(1.8)

Trong đó:
γ : Khối lượng riêng của vật liệu [ tấn/m3 ]
S : Tiết diện cắt ngang của vật liệu trên băng [ m2 ]
1.2.3. Các yêu cầu về hệ chuyển động cân băng định lượng
1.2.3.1. Loại phụ tải
Đặc tính cơ của máy sản xuất thường có dạng:


 w 
M C  M CO  ( M dm  M co ) 

 w dm 

(1.9)

Trong đó:
Mco - Mơmen ứng với tốc độ ω = 0
Mđm - Mômen ứng với tốc độ wđm

Mc - Mômen ứng với tốc độ ω
Với băng tải α = 0. Do đó ta có Mc = Mđm = const . Ta thấy rằng tải
của hệ truyền động băng tải phối liệu hầu như ít thay đổi trong quá trình làm
việc. Hệ truyền động này là hệ làm việc ở chế độ dài hạn.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

11

Ta có đồ thị cơng suất và momen cản tĩnh của truyền động điều chỉnh
tốc độ với Mc = const như sau:

Hình 1.7: Đồ thị cơng suất và momen cản tĩnh
1.2.3.2. Chiều quay của băng
Băng tải nhận vật liệu từ phễu và vận chuyển đến nơi phối liệu nên
chuyển động của nó là theo một chiều bắt buộc và khơng có đảo chiều quay.
Nếu đảo chiều quay của băng tải thì do qn tính ngun vật liệu sẽ rơi vãi,
khơng bảo đảm được yêu cầu phối liệu. Ngoài ra khi đảo chiều thì có một số
phần của vật liệu khơng chuyển qua được thiết bị cảm biến để cân chính
xác.
1.2.3.3. Giản đồ phụ tải
Các thơng số chính của hệ truyền động
Vận tốc lớn nhất, nhỏ nhất : vmax ( m/s ) , vmin ( m/s )
Vận tốc của trục quay: W , min 
W , m ax 

vmin
( rad/s)
R

vm ax
( rad/s)
R

(1.10)
(1.11)

Vận tốc của trục quay quy đổi với hộp số i
Wmax = W’max. i (rad/s)

(1.12)

Wmin = W’min. i (rad/s)

(1.13)

Từ phương trình động học của truyền động điện

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

12

M  Mc  J

dw
dt

(1.14)

Ta có giản đồ phụ tải:

Hình 1.8: Giản đồ phụ tải
- Đoạn 01 là đoạn băng tải được khởi động. Vì băng tải làm việc ở chế
độ dài hạn, số lần đóng cắt ít. Các u cầu về khởi động động cơ là không
nặng nề. ta có thể cho băng tải khởi động đến tốc độ làm việc và ổn định ở tốc
độ đó rồi mới cho guyên vật liệu rơi xuống băng từ phễu.
- Đoạn 12 là đoạn băng tải làm việc với tải Mc khơng đổi. Biến thiên
dw/dt chỉ có trong giai đoạn tốc độ biến thiên tức đoạn 01 và 23.
- Đoạn 23 là đoạn giảm tốc và dừng băng tải. Ta cũng có thể cho
băng tải dừng tự do, hoặc dừng tự do có dùng thêm phanh hãm.
1.2.3.4. Các yêu cầu về khởi động và hãm
Hệ truyền động băng tải phối liệu khi khởi động với gia tốc lớn sẽ làm
tăng lực đàn hồi gây biến dạng băng và làm đứt băng. Để hạn chế điều này ta
phải sử dụng khâu giảm tốc khi khởi động.
Để động cơ có thể khởi động được sau khi mất điện trong quá trình làm
việc thì chọn động cơ có mơmen khởi động đủ lớn.
Khi dừng thì khơng u cầu dừng chính xác, nhưng cũng tránh cho hệ
dừng với gia tốc lớn gây hỏng, đứt băng. Hệ truyền động băng tải thường
làm việc liên tục ít khi phải dừng nên không cần thiết kế bộ giảm tốc. Cũng
khơng cần thiết kế phanh hãm vì khi kết thúc công việc ta sẽ để cho băng
dừng tự do.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

13

1.2.3.5. Sơ đồ động học
Sơ đồ động học của hệ truyền động cân băng định lượng gồm có :
+ Động cơ điện
+ Hộp số
+ Trục chính để lắp vào máy quay băng tải

Hình 1.9: Sơ đồ động học
1.2.3.6. Hệ truyền động nhiều động cơ
Khi có nhiều băng tải làm việc nối tiếp trong một dây truyền đòi hỏi
phải đồng bộ hoá tốc độ của các động cơ truyền động và đặt các khoá liên
động cần thiết bảo đảm thứ tự tác động. Khi đó tốc độ động cơ phải bằng
nhau trong mọi trường hợp để tránh các lực đàn hồi trên băng.
1.2.3.7. Độ chính xác
Độ chính xác về tốc độ là yêu cầu quan trọng, được đánh giá bởi sai
lệch tĩnh:

% 

w  wt
w
.100%  d
.100%
w dm
wd

(1.15)

1.2.3.8. Dải điều chỉnh
D = wmax : wmin

(1.16)

1.3 Các phương án thiết kế hệ điều khiển cân băng định lượng
Từ những nguyên lý đo và làm việc của cân băng thấy có 2 nguyên tắc
điểu khiển cân băng cơ bản đó là:
- Điều khiển theo năng suất.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

14

- Điều khiển theo khối lượng.
Từ đó ta chọn nguyên tắc điều khiển theo khối lượng (chiều dài)
để thiết kế hệ điều khiển. Sự khác nhau cơ bản giữa hệ thống điều khiển kín
và điều khiển hở là ở chỗ trong hệ thống điều khiển kín có mạch phản hổi.
Phần tử chuyển đổi của mạch phản hồi thường sử dụng hai kiểu tương tự và
số. Do đó chúng ta có hệ điều khiển số và điều khiển tương tự:
1.3.1 Hệ điều khiển tương tự
Trong hệ thống cân băng thông số tốc độ chuyển động của băng tải
phải được điều khiển bởi tốc độ trên các trục có thể có quy luật biến thiên
giống nhau nhưng cũng có thể quy luật biến thiên trên các trục khác nhau.
Loadcell (cảm biến đo lực) là kiểu chuyển đổi tương tự và thường dùng để đo
trọng lượng. Tín hiệu ra từ cảm biến lực được cho dưới dạng tương tự.

Hình 1.10: Hệ thống điều khiển kín dùng cảm biến lực
1.3.2. Hệ điều khiển dùng cảm biến
Hệ thống điều khiển số dùng cảm biến lực để đo khối lượng, mạch điều
khiển khá giống với sơ đồ khối dùng hệ điều khiển dùng phản hồi tương tự
nhưng chỉ khác ở điểm là thay bộ so sánh bằng bộ đếm tiến-lùi. Thêm bộ

chuyển đổi Converter ADC sau loadcell và đưa vào bộ đếm. Thay bộ khuyếch
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

15

đại thứ nhất bằng bộ chuyển đổi Converter số tương tự DAC nhằm chuyển tín
hiệu số sang tương tự

Hình 1.11: Hệ thống điêu khiển kín dùng phản hồi số
1.4 Các phương án truyền động cho cân băng
Chọn phương án truyền động là dựa trên các yêu cầu công nghệ
và kết quả tính chọn cơng suất động cơ, từ đó tìm ra một loạt các hệ truyền
động có thể thoả mãn yêu cầu đặt ra. Bằng việc phân tích, đánh giá các chỉ
tiêu kinh tế, kỹ thuật các hệ truyền động này, kết hợp tính khả thi cụ thể mà
ta có thể lựa chọn được một vài phương án hoặc một phương án duy nhất để
thiết kế.
Lựa chọn phương án truyền động tức là phải xác định được loại động
cơ truyền động một chiều hay xoay chiều, phương pháp điều chỉnh tốc độ phù
hợp với đặc tính tải, sơ đồ nối bộ biến đổi đảm bảo yêu cầu truyền động.
Từ những phân tích về đặc điểm cơng nghệ, u cầu truyền động
của cân băng thì ta có các phương án truyền động sau:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>