Nghiên cứu hệ thống cân băng định lượng trong nhà máy sản xuất xi măng lũ đứng

GIỚI THIỆU VỀBỘĐỀ
I U KHIỂN PLC

LỜI NÓI ĐẦU
Trong công cuộc phát triển xây dựng cơ sở hạ tầng và xây dựng dân dụng tăng
lên nhanh chóng trên thế giới nói chung. Đặc biệt là sự bùng nổ về đầu tư phát triển
công nghiệp xi măng ở các nước đang phát triển, trong đó phải kể đến là Việt Nam. Để
đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng về chất lượng giá cả sự cạnh tranh
trên thị trường, cho nên việc đầu tư cải tiến công nghệ ở các công ty xí nghiệp đang là
một giải pháp tốt cho việc cạnh tranh về giá cả và chất lượng. Ở nước ta nền kinh tế và
khoa học kỹ thuật đang trên đà phát triển, phù hợp với sự phát triển chung ở khu vực,
với chính sách mở cửa của Đảng và Nhà nước ta. Ở nước ta đang thu hút vốn đầu tư của
nước ngoài ngày càng nhiều, trong đó phải kể đến việc đầu tư vào công nghệ sản xuất xi
măng trong những năm gần đây.
Với bất kỳ một nhà máy xi măng nào, nhất là đối với những nhà máy có mức độ
tự động hoá cao thì việc cân băng định lượng dùng giám sát, điều khiển các thành phần
phối liệu là vô cùng quan trọng, nó là một trong những yếu tố quyết định đến năng suất
của cả dây truyền và tỷ lệ các thành phần phối liệu nó ảnh hưởng trực tiếp đến chất
lượng xi măng sản xuất ra.
Do đặc điểm công nghệ sản xuất xi măng có nhiều công đoạn và hầu hết là cần
đến hệ thống cân băng định lượng từ khâu nghiền liệu đến khâu nghiền

xi măng.

Với nhiệm vụ đặt ra cho cân băng định lượng là thoả mãn những nhu cầu từ thực
tế sản xuất, phải đảm bảo đủ lượng liệu cần thiết cho công đoạn tiếp theo về khối lượng
tỷ lệ các thành phần phối liệu và tốc độ cấp liệu cho từng thời điểm.
Tuỳ theo vị trí, tính chất, chức năng của các khâu trong dây truyền sản xuất mà
cân băng định lượng ở khâu đó có những đặc điểm riêng, như chế độ làm việc, sai số
cho phép, dải điều chỉnh tốc độ, độ ổn định… Tuy nhiên các cân băng định lượng trong
dây chuyền đều có đặc điểm chung là:

Các đối tượng cân là cân băng tải cấp liệu kích thước vật liệu cần cân thay đổi
trong phạm vi rộng từ các nguyên liệu thô cho đến các nguyên liệu mịn dạng bột.

1


GII THIU VB
I U KHIN PLC
Vi ti Nghiờn cu h thng cõn bng nh lng trong nh mỏy sn xut
xi mng lũ ng. C th l nh mỏy sn xut xi mng thuc cụng ty xi mng Tiờn Sn
H Tõy.
Bn ỏn ny c trỡnh by chi tit nh sau:
CHNG 1 : TNG QUAN V CễNG TY XI MNG TIấN SN H TY.
CHNG 2 : Mễ T H THNG IU KHIN CN BNG PHI LIU.
CHNG 3 : TNH TON LA CHN H THNG T CHO CN CP THAN
CHNG 4 : GIẽI THIU Vệ Bĩ IệU KHIỉN PLC
CHặNG 5 : THIT K MACH IệU KHIỉN, M HầNH CN BNG ặẽNG
DUNG
CHặNG 6 : M PHNG NH GI CHT LNG H THNG

Phm vi cp ca bn ỏn ny l thit k h thng cõn bng nh lng trong
nh mỏy sn xut xi mng. Bn ỏn ny c thc hin vi s giỳp , ch bo tn
tỡnh ca thy giỏo Nguyn Mnh Tin vóử lyù thuyóỳt vaỡ thỏửy Taỷ tỏỳt Thừng vóử
phỏửn thổỷc haỡnh thióỳt kóỳ lừp õỷt mọ hỗnh, cựng cỏc k s ti nh mỏy xi mng
Tiờn Sn H Tõy . Ni dung ca bn ỏn ny chc chn cũn nhiu thiu sút, em rt
mong c tip thu nhng ý kin úng gúp b sung ca cỏc thy cụ giỏo bn ỏn
ca em c hon chnh hn.
Xin chõn thnh cm n!

2

GIỚI THIỆU VỀBỘĐỀ
I U KHIỂN PLC

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 đầu 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
chuyền 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
trong khu vực.với cơ cấu sắp xếp tổ chức cán bộ hợp lý không những đã đưa nhà máy
hoạt động có hiệu quả kinh tế cao mà còn xứng danh là đơn vị vững mạnh trong công
tác tổ chức công đoàn và đoàn TN của khu vực.Với địa hình nhà máy được xây dựng
trên vùng đất của xã Hồng Quang - huyện Ứng Hoà tĩnh Hà Tây,khu sản xuất đặt sát với
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 sản 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
3


GIỚI THIỆU VỀBỘĐỀ
I U KHIỂN PLC
đủ sản lượng 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)

Giám Đốc
Hình 1.1 – Sơ đồ tổ chức công ty xi măng Tiên Sơn
Phụ trach chung

P.Giám Đốc
VTVT(QMR)

P.Giám Đốc
Phụ trach SX

PHÒNG
KTCN

BAN gia PHÒNG

PHÒNG
PHÒNG
PHÒNG
PHÒNG
Đá,phụ
Đất,than
ISO
VTVT
TCHC
VTTK
KHĐĐ
T.PHẨM
1.3.Quy trìnhkhoáng
cônghoá
nghệ sản xuất xi măng - Nhà máy xi quặng
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
thay thế một số thiết bị trong
Kiểmtrình sản xuất, kết hợp với việc cải tạo Kiểm
PX
PX
PX
tra PX nay nhà máy đã thuộc diện
traPX
dây chuyền,
những
nhà

máy sản xuất xi
Cơ điiện nên hiện
Liệu
Lò một trong
K.thác
đá
T.phẩm
măng hiện đại của nước ta. Đặc biệt là hệ thống cân băng định lượng, công ty đã kết hợp
Đập

Máy hút bụi

Sấy phơi

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
đặt hệ thống cân cấp liệu tự động điều khiển bằng biến tần, thiết bị hiện đại được mô
A

Kiểm
phỏng trên máyKiểm
tính. Dưới đây là sơ đồ khối dây chuyền sản
xuất xi măng của nhà máy
tra

tra

xi măng Tiên Sơn–Hà Tây (Hình 1.2):
Si lô 1,2

Máy hút bụi

Hệ thống cân băng
4 định
lượng số 1 + 2

Si lô 3,4,5


Máy hút
Nghi
Phân
ềnlyliệ
số
u 1số+12+
Kiể2m
bụi
tra
GIỚI THIỆU VỀBỘĐỀ
I U KHIỂN PLC

Máy hút bụi

Hạt
thô

Nghiền liệu số 1 + 2
Hạt thô
Phân ly số 1 + 2

Kiểm
Kiểm tra
tra

B

Kiểm tra

tra

tra

Máy hút bụi

Si lô 6,7,8
Si lô 9,10,11

Máy hút bụi

Đồng nhất

B

Si lô 12,13

Hệ thống cân băng định lượng số 3+4
Kiểm
tra
Máy hút bụi
H20

Nghiền xi số 3+4

Trộn ẩm 1+2

Hạt thô

A

Phân ly số 3+4 Thạch cao
H20

Phụ gia

Vê viên 1+2
Kiểm tra
Kiểm
tra

Đồng nhất
Máy hút bụi

tra

Kiểm
tra

Si lô 14,15,16

Kiểm

tra
Máy hút bụi

Đập,nạp

Lò nung số 1+2
Kiểm tra

tra

Đóng bao

D

Kiểm tra

tra

5
Nhập kho


GII THIU VB
I U KHIN PLC

Hỡnh 1.2 S khi dõy chuyn cụng ngh sn xut xi mng Cty xi mng Tiờn Sn

1.4. Thuyt minh s cụng ngh:
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 nh than, đất, quặng sắt, thạch cao. Với điều kiện thuận lợi là nguyên liệu ở gần
sát nhà máy, đá sau khi đợc khai thác đợc hệ thống các băng tải cao su vận chuyển về
nơi tập kết và đợc phân loại (đá vôi đen, đá vôi xanh), kiểm tra chất lợng. Đá đạt chất lợng có kích thớc giới hạn là 350 mm.
6


GII THIU VB
I U KHIN PLC
Đá đã đạt chất lợng đợc đa xuống các máng đá, từ các máng đá này, đợc các băng
tải xích tấm đa 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 thớc đá đạt kích thớc giới hạn là 80 mm.
Sau khi qua công đoạn đập đá lần 1, đá đợc hệ thống băng tải cao su đa vào máy
đập búa để thực hiện công đoạn đập đá lần 2. Qua khỏi công đoạn này, đá nguyên liệu
đạt kích thớc 25 mm và đợc hệ thống gàu tải xúc lên đổ vào các xilo 1 và 2.
Các loại phụ gia khác thì đợc đa từ các nơi về và tập kết ở kho chứa phụ gia. qua
công đoạn đập nhỏ, sấy, sàng phân loại để có đợc kích cỡ quy định tạo điều kiện cho
máy nghiền đạt năng suất sau đó đợc đổ vào các xilo 3và 4.
Riêng phụ gia đá thạch cao thì cũng nh đá nguyên liệu (đá vôi) đợc máy kẹp hàm
đập nhỏ rồi đợc 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 lợng sản phẩm của công nghệ sản
xuất xi măng lò đứng. Đảm nhận công đoạn quan trọng này chính là hệ thống cân băng
định lợng điều khiển bằng máy vi tính. Hệ thống gồm 06 bộ cân băng đợc đặt dới 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 lu lợng và
điều khiển lợng nguyên liệu cấp này sao cho phù hợp với yêu cầu công nghệ đặt ra.
Nguyên liệu từ đáy các xilo đợc 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 lu lợng khác nhau) nhằm mục đích khống chế và điều chỉnh
(tốc độ băng) sao cho lu lợng liệu nhận đợc ứng với giá trị đặt trớc theo yêu cầu công

nghệ sản xuất với sai số bé hơn hoặc bằng giá trị cho phép.
Hệ thống 06 cân băng định lợng này đổ nguyên liệu lên 1 băng tải cao su và băng
tải này có nhiệm vụ vận chuyển nguyên liệu (đã đợc phối) đổ vào máy ngiền bi thực hiện
nghiền thành bột liệu. Các hạt bột liệu đạt tiêu chuẩn (về kích thớc) sẽ đợc hệ thống gàu
tải xúc lên đổ vào cá xilo chứa, các hạt cha đạt (có độ mịn > 10% trên sàng 4900
lỗ/cm2 ) sẽ đợc máy phân ly đa trở lại vào đầu máy nghiền để nghiền lại.
T l phi liu theo nh mc sau:
ỏ1:

t (29 ữ 37%)

ỏ2 :

t (32 ữ 40%)

Qung st :
6%
Than ỏ :
16%
t sột :
4%
Thch cao :
5%
1.4.3 Công đoạn nung luyện clinke.
Đây cũng là 1 trong những công đoạn quyết định chất lợng của sản phẩm. Bột liệu
đợc lấy ra và đợc đồng nhất bằng hệ thống rút liệu,sau đó qua hệ thống máy trộn ẩm đạt
độ ẩm 60% rồi đa vào máy vê viên kiểu sàng quay. Những viên liệu có kích cỡ 6 8
mm sẽ đợc đổ xuống 1 băng tải cao su rồi đa vào hệ thống cấp liệu cho lò nung, các viên
7

GII THIU VB
I U KHIN PLC
liệu đợc cấp vào lò bằng cách rãi đều từng lớp một và đợc nung ở nhiệt độ 1500oc sau đó
đợc 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 thớc khoảng 80 100 mm. Hệ thống ghi xả sẽ xả
clinke nóng lên băng tải xích tấm đặt ngay dới đáy lò và các tảng clinke đợc đa vào máy
kẹp hàm clinke để đập nhỏ. Tuỳ theo chất lợng clinke tốt hay xấu mà đợc đa vào chứa
trong các xilo riêng (Để sau này rút ra và phối với các lợng phụ gia khác nhau.
1.4.4 Công đoạn nghiền clinke thành ximăng thành phẩm và đóng bao xi măng.
Clinke sau khi đợc các bộ phận chức năng kiểm tra chất lợng, clinke đợc hệ thống
cân băng định lợng phối cùng với các thành phần đá mỡ, thạch cao, đất pháp cổ, xỉ bông
theo một tỷ lệ nhất định, sau đó đợc hệ thống băng tải cao su đa vào máy nghiền bi. Sản
phẩm sau máy nghiền chính là xi măng thành phẩm. Các hạt xi măng cha đạt (có độ mịn
> 10% trên sàng 4900 lỗ/cm2 ) sẽ đợc máy phân ly đa trở lại vào đầu máy nghiền để
nghiền lại. Sản phẩm xi măng đạt chất lợng đợc đổ vào các xilo 14, 15, 16. Sau khi để
nguội thì đợc đa vào máy đóng bao, thành phẩm đợc đóng kho kết thúc quy trình sản
xuất.

Chng 2
Mễ T H THNG IU KHIN CN BNG PHI LIU
2.1. Khỏi nim:
Cõn bng nh lng l bao gm cỏc thit b ghộp ni vi nhau m thnh, cõn
bng nh lng ca nh mỏy sn xut xi mng l cõn nh lng bng ti, c dựng
cho h thng cõn liờn tc (liờn tc theo ch di hn lp li). Thc hin vic phi liu
mt cỏch liờn tc theo t l yờu cu cụng ngh t ra.
Trong cỏc nh mỏy sn xut cụng nghip, cỏc dõy chuyn sn xut xi mng, h
thng cõn bng nh lng cũn ỏp ng s n nh v lu lng liu v iu khin
lng liu cho phự hp vi yờu cu, chớnh vỡ nú úng mt vai trũ rt quan trng trong
vic iu phi v hoch nh sn xut, do ú nú quyt nh vo cht lng sn phm,

gúp phn vo s thnh cụng ca cụng ty.
Cõn bng nh lng trong nh mỏy sn xut xi mng l cõn bng ti, nú l thit b
cung cp kiu trng lng vt liu c chuyờn tr trờn bng ti m tc ca nú c
iu chnh nhn c lu lng vt liu ng vi giỏ tr do ngi vn hnh t trc.
8


GIỚI THIỆU VỀBỘĐỀ
I U KHIỂN PLC
2.2. Cấu tạo của cân băng định lượng :

1
3

6

7

8

9

4
10

2

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

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.

Cảm biến
nhiệt nối
độ với biến tần)
9: Động cơ không đống bộ (được
10: Cảm biến vị trí
2.3. Tế bào cân đo trọng lượng:
Là thiết bị đo trọng lượng trong hệ thống cân định lượng bao gồm 2 loại tế bào là
Bộ chuyển đổi
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
N

N
Ngưỡng hạn

S

S

9

Bộ vi xử lý


GIỚI THIỆU VỀBỘĐỀ
I U KHIỂN PLC
chế
Dây rung

Giao thức truyền tin nối tiếp
Hình 2.1: Sơ đồ tế bào cân số SFT

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 động 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 tất 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 -10÷ 60oc -10÷60oc -10÷40oc -10÷60oc -10÷40oc -10÷60oc
cho phép
Giao thức truyền RS 422
RS 422 RS 422 RS 422 RS 422 RS 422
tin nối tiếp với RS 485
RS 485 RS 485 RS 485 RS 485
RS485
bên ngoài
Năng lượng tiêu

1w
1w
1w
1w
1w
1w
thụ
10


GIỚI THIỆU VỀBỘĐỀ
I U KHIỂN PLC
Khoảng ghép nối

500m

500m

Độ phân giải

3,4g

5g

500m

500m

500m

500m

0,0001% 0,0001% 0,0001% 0,0001%

2.3.2. Nguyên lý tế bào cân Tenzomet:

R-ΔR

R +ΔR

UN
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 (UN=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
11


GIỚI THIỆU VỀBỘĐỀ
I U KHIỂN PLC
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)

Ur=UN *

R
Trong đó: UN - điện áp nguồn cấp cho đầu đo
Ur - 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.
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
Ura=20mv
Bảng thống kê một số tế bào cân Tenzomet
Tải định mức
Tải cực đại
Sai số
Phạm vi điều chỉnh
Nguồn cung cấp

20

30

50 70 100 150 250 300
150% tải định mức
< 0.015%
-10 ÷ 40
-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 tải, 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).
12


GIỚI THIỆU VỀBỘĐỀ
I U KHIỂN PLC
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) chuyển 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 biến 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).
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 chỉnh tốc độ băng đảm bảo lưu
lượng không đổi ở điểm đổ liệu.
Q=ƍ*V

(2.2)

Trọng lượng tổng trên băng là lực F c(N) được đo bởi hệ thống cân trọng lượng và ∂,
được tính theo biểu thức:
ƍ

(2.3)

=

FC
L
g
2

trong đó : L - chiều dài của cầu cân
g - gia tốc trọng trường (g=9,8 m/s2)
Lực hiệu dụng Fm(N) do trọng lượng của vật liệu trên băng tải gây nên:
(2.4)

Fm =Fc – F0

Trong đó : F0 – 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/m3)
S - tiết diện cắt ngang của vật liệu trên băng (m2)
13


GIỚI THIỆU VỀBỘĐỀ
I U KHIỂN PLC
Do đó lưu lượng có thể tính là:
(2.6)

Fc * V 2 Fc * V
=
Q= Lg
L* g
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 trọng lượng của liệu nhờ trừ bì tự động các phân đoạn băng
tải.
* 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 đoạn 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 đầu 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 băng 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.
- Phương pháp 2: Điều chỉnh cấp liệu liên tục.
14


GIỚI THIỆU VỀBỘĐỀ
I U KHIỂN PLC
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 liệu 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
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 : phương 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.
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:
Hệ cân
Hệ cân
Hệ cân
Hệ cân
Hệ cân
Hệ cân
1Gồm
06
hệ
cân
liệu
từ
đá
Đ
1 cho tới Thạch cao .Các cân này có kích
Đ1
Đ2
than
quặng
đất

thạch cao

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
:
Hiệu suất hộp số :

nd : 970 v/p
η2 : 0,8

Băng tải chính

Tỷ số truyền giữa băng răng 1 và 2:

15


GIỚI THIỆU VỀBỘĐỀ
I U KHIỂN PLC
i=

40
= 1,5
26

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 của 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
chính, toàn bộ phối liệu được băng tải chính vận chuyển vào Silô trộn để đưa vào máy
nghiền.

Chương 3
TÍNH TOÁN LỰA CHỌN HỆ THỐNG TĐĐ CHO CÂN CẤP THAN

3.1. Hoạt động của cân băng:
16


GIỚI THIỆU VỀBỘĐỀ
I U KHIỂN PLC

LoadCell

Hộp giảm tốc Máy phát tốc Đcơ KĐB
Nt

MÁY
FÁT
XUNG

BỘ
KHUYẾCH
ĐẠI

P

FT

M

AC

BIẾN
TẦN

BỘ ĐIỀU
KHIỂN

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 tần 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:

17


GIỚI THIỆU VỀBỘĐỀ
I U KHIỂN PLC
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 truyền 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
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 điều
chỉnh nhiều tham số có tính phi tuyến mạnh.
Phương trình đặc tímh:
(3.1)

M=

3U 1 * R2
ω*s*

Trong đó :ω1- là tốc độ góc của từ trường quay
(3.2)
với

ω1 =

2n * f 1
p

f1 - là tần số điện áp của Stator
p - là số đôi cực
U1- trị số hiệu dụng điện áp pha của stator
R1- điện trở cuộn dây của stator
R2- điện trở rotor đã quy đổi về stator
Xnm - điện kháng ngắn mạch

S - hệ số trượt của động cơ

(3.3)

ω1 − ω

S= ω
1

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,ω1,R2. Tương ứng
với các đại lượng ta có 4 phương pháp để điều chỉnh điện áp
- Phương pháp điều chỉnh mạch rotor.
18

như sau:


GIỚI THIỆU VỀBỘĐỀ
I U KHIỂN PLC
- 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 mạnh 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)

n1=

60 * f 1
p

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
R1=0 thì mômen tới hạn đạt cực đại :
M th =

(3.5)

3U 12
3U 12
=
2n1
2ω1 * X n
* Xn
9.55

Trong đó:
(3.6)

Xn = ω1* Ln

(3.7)

 M th =

Đặt

(3.8)

a=

3U 12 * P 2
2(2π ) 2 * f 12 * Ln

3P 2
= const
2( 2π ) 2 * Ln

 M th = a

3U 12
f 12

Biểu thức trên cho thấy khi tăng tần số nguồn (f 1> f1dm) mà giữ nguyên U1 thì
1

momen tới hạn cực đại M th ~ f 2 sẽ giảm rất nhiều. Do đó, khi thay đổi tần số f 1 thì nên
1
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
19


GII THIU VB
I U KHIN PLC

dũng). Tc l t s gia momen cc i ca ng c v momen ph ti tnh i vi cỏc
c tớnh c l hng s:
=

(3.9)

M th
=const
M

Trng hp tn s gim (f 1< f1dm) nu gi nguyờn in ỏp U 1 thỡ momen v dũng
in ng c s tng rt ln. Nờn khi gim tn s thỡ phi gim in ỏp theo mt quy
lut nht nh sao cho ng c sinh ra c momen nh trong ch nh mc.
U1

Đặc tính cơ khi f1< f1dm với điều kiện từ thông = const (hoặc gần đúng giữa f =
1
const thì Mth đợc giữ không đổi ở vùng f1< f1d


11

f1 > f1m

f11

12

f12

1
m

13

f1m

14

F13

f1 < f1m

Hình 3.2. Đặc tính cơ khi thay đổi
đồng bộ
0 tần số động cơ không
F
14

3.2.2. Mụ t ng c khụng ng b di dng cỏc i M
lng vect :
Khi iu chnh tn s KB, thng kộo theo iu chnh c in ỏp, dũng in hoc
t thụng mch stato, do tớnh cht phc tp ca quỏ trỡnh in t trong KB, nờn cỏc
phng trỡnh , biu thc ó phõn tớch khụng s dng trc tip c cho trng hp iu
chnh tn s. thun tin cho vic kho sỏt h thng iu chnh tn s, di õy nờu ra
phng phỏp ỏnh giỏ quỏ trỡnh in t di dg vect.
Trong ng c KB, ớt nht cú 06 cun dõy trờn mach t, phng trỡnh cõn bng
in ỏp ca mi cun nh sau:
(3.10)

uk = Rkik +

dk
dt

trong ú ch s k l tờn ca dõy qun.

20


GII THIU VB
I U KHIN PLC
Nu coi mch t l tuyn tớnh v b qua tn hao st thỡ mụmen in t ca ng c
l:
(3.11) M = ik

k
dt

n gin trong khi vit, coi ng c cú hai cc (p = 1) Xem hỡnh 3.1, trong ú
cỏc ch s bng ch thng a,b,c Ch cỏc dõy qun pha stato, cỏc ch s bng ch in hoa
A,B,C Ch cỏc pha rụto, gúc lch gia dõy qun rụto v dõy qun stato l v thỡ tc s
l o hm ca gúc ny.
d

(3.12)

=

T thụng múc vũng ca cỏc dõy qun

(3.13)

k = Lkjij,

dt

trong ú j cng l ch s ca cỏc pha dõy qun,
Khi j = k cú t thụng t cm,
j k cú t thụng h cm,
iu chnh tc ng c KB rụto lng súc cú nhiu phng phỏp nh :
- iu chnh tc bng b iu pha in ỏp
- iu chnh tc bng b bin tn ngun dũng
- iu chnh tc bng b bin tn ngun ỏp
Do c im ca cõn bng ny l s dng ng c truyn ng cú cụng sut nh
di vi kw nờn b bin i c dựng õy l bin tn tranzito,ngun ỏp bin iu b
rng xung.

3.2.3. Điều chỉnh tần số động cơ bằng biến tần:
MuốnDđiều chỉnh
D3 tốc
D5 độ động cơ KĐB bằng cách thay đổi tần số ta phải có một bộ
1
D7 một Tcách
D9 thời
T5 thông
D11 qua một
1
3
nguồn xoay chiều có thể điều chỉnh tần số Tđiện

áp
đồng
biến tần.
A đổi đợc ngời
B ta đã thiếtC kế ra nhiều loại
Để tạo ra các bộ biến tần cóC U và f thay
biến tần nhng
án này ta chỉ xét đếnTbộ biến
làmTviệc theo
D4 trong
D6 đồ D
D10 tần nguồn
T6 Dáp
D8 nguyên
2
4
12
2
lý điều biến độ rộng xung (PWM - Pulse Width Modulation). Bộ biến tần này đáp ứng đợc yêu cầu điều chỉnh, đồng thời nó còn tạo ra đợc điện áp và dòng điện gần giống hình
sin.
L,R
21

ia

ib

ic

GII THIU VB
I U KHIN PLC

Hình 3.3. Sơ đồ mạch lực bộ biến tần nguồn áp dùng Tranzitor

Dùng phơng pháp PWM ta có giản đồ điện thế và điện áp pha A nh sau:

3/2
0

/2
2



0

3/2
0

/2

2

2

0


22

GII THIU VB
I U KHIN PLC
Hình 3.4 Phơng pháp PWM

- Sơ đồ biến tần ba pha dùng Tranzitor gồm:
Bộ nghịch lu biến đổi điện áp một chiều từ nguồn cấp thành điện áp xoay chiều có
tần số biến đổi đợc. Điện áp xoay chiều qua bộ lọc và đa vào sơ đồ cầu Tranzitor.
Sơ đồ biến tần Tranzitor ba pha dùng 6 Tranzitor công suất T1 ữT6 và 6 điốt T7 ữT12
đấu song song ngợc với các Tranzitor tơng ứng.
Tín hiệu điều khiển Vb đợc đa vào bazơ của Tranzitor có dạng chữ nhật, chu kỳ là
2, độ rộng là /2.
Khi

Vb = 0 --> Tranzitor bị khóa
Vb = 1 --> Tranzitor mở bão hòa

Các Tranzitor đợc điều khiển theo trình tự 1,2,3,4,5,6,1...
Các tín hiệu điều khiển lệch nhau một khoảng bằng /3.
3.2.4. Lut iu chnh tn s - in ỏp theo kh nng quỏ ti:
Khi iu chnh tn s thỡ tr khỏng, t thụng, dũng in v.v ca ng c u
thay i, m bo mt s ch tiờu iu chnh m khụng lm ng c b quỏ núng thỡ
cn phi iu chnh c in ỏp . i vi h thng bin tn ngun ỏp thng cú yờu cu
gi cho kh nng quỏ ti v mụmen l khụng i trong sut di iu chnh tc .
Mụmen cc i m ng c sinh ra c chớnh l mụmen ti hn M th, kh nng quỏ ti
v mụmen c quy nh bng h s quỏ ti mụmen M.
(3.14) M =

0m

Mth
M


Hỡnh 3.5 Xỏc nh kh nng quỏ ti v mụmen

m

Nu b qua in tr ca dõy qun stato R s = 0 thỡ t biu thc mụmen in t ca


ng c0 :


(3.15)

U,f

Mc()M = M.MMth

Mth

th

Cú th tớnh c mụmen ti hn nh sau:

23

M

GIỚI THIỆU VỀBỘĐỀ
I U KHIỂN PLC
Us 
K
(3.16) Mth =
=  2
2 Ls 2 Lro ωo2
 ωo 
Lm2

Us 2

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

Mth
M

=

Mthdm
Mdm

Thay thế (3.16) vào (3.17) và rút gọn ta được:
Us

(3.3.18)

ωο

=

Usdm

M

ωοdm

Mthdm

Đặc tính cơ gần đúng của các máy sản xuất (phụ tải) có thể viết như sau:
(3.19) Mc = Mđm (

ωο
ωοdm

)x

32.5. Bộ khuyếch đại tín hiệu:
Bộ khuyếch đại sẽ khuyếch đại các tín hiệu nhận được từ tế bào cân và đưa về bộ
điều khiển. Tín hiệu thu được là tải trọng tức thời mà tế bào cân đo được kết hợp với tín
hiệu nhận được từ máy phát xung để xác định khoảng thời gian (khoảng thời gian trễ)
mà đoạn băng đó đi từ tế bào cân đến điểm xả.
Sau khoảng thời gian trễ lưu lượng tại điểm xả của cân định lượng là kết quả của tích
số giữa lượng tải trên một đơn vị chiều dài của băng (đo được lúc đi qua tế bào cân) với
tốc độ hiện thời của đoạn băng đó.
Việc tính toán và điều chỉnh sai lệch giũa lưu lượng đặt và lưu lượng thực do bộ
điều chỉnh P trong bộ điều khiển thực hiện, bộ này sẽ khuyếch đại và triệt tiêu sai lệch ở

chế độ tĩnh. Tín hiệu đầu ra của bộ tỷ lệ P được đưa đến điều khiển biến tần động cơ
làm cho tốc độ của động cơ truyền động băng tải thay đổi sao cho lưu lượng tại điểm xả
liệu tương đương với lưu lượng đặt.
3.2.6. Thông số kỹ thuật của cân:
Dài

3910mm

Rộng

1250mm
24


GIỚI THIỆU VỀBỘĐỀ
I U KHIỂN PLC
Mặt băng:
Cao

650mm
1150mm

Lưu lượng

40-60T/h

Tốc độ của băng:

0,5-1ms

3.2.7. Cấu trúc hệ thống cung cấp điện cho hệ cân:
Tủ động lực của hệ cân được lấy nguồn từ tủ phân phối T Đ 1, trong tủ được bố trí
gồm 06 atômat 02 pha đầu vào đến 06 biến tần điều khiển tốc độ động cơ, đầu ra của 06
biến tần được nối qua 06 atômat 03 pha đến các động cơ .sơ đồ như (hình 3.6).

25