Nghiên cứu hệ thống cân băng định lượng

Đồ án tốt nghiệp :

Cân băng định lợng

Lời mở đầu.
Trong những năm gần đây, cùng với tiến bộ khoa học kĩ thuật, công cuộc
công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nớc ta cũng đang diễn ra rất tốt đẹp. Trớc tình
hình đó thách thức đặt ra với ngành tự động hoá cũng hết sức cao, phải nắm bắt
công nghệ mới để đa vào phục vụ sản suất thay thế cho công nghệ cũ, thủ công,
lạc hậu. Cho năng suất và chất lợng ổn định, tăng khả năng cạnh tranh cho hàng
hoá trong nớc.
Công nghệ cân băng tải đã từ lâu là cần thiết và không thể thiếu trong các dây
chuyền công nghiệp, trong các nhà máy xi măng , trong các nhà máy sản suất đá
granite ..v..v
Kĩ thuật vi xử lý không mới nhng đang đổi mới rất nhanh về phần cứng và các
ứng dụng, đã trở thành u việt trong các quá trình điều khiển tự động, thay thế rất
nhiều thiết bị phức tạp để thể hiện các công việc phức tạp, biến nó trở thành đơn
giản. Ngày nay ứng dụng của vi xử lý hết sức rộng dãi trong các thiết bị công
nghiệp cũng nh dân dụng.
Cùng với đó, công nghệ biến tần phát triển cũng đã giúp điều chỉnh tốc độ động
cơ xoay chiều 3 pha một cách linh hoạt, thay thế các động cơ một chiều phức tạp
và đắt đỏ. Với một dải điều chỉnh khá rộng.
Không chỉ dừng lại ở lý thuyết ,việc đi sâu để tìm hiểu về vi xử lý là rất cấp bách
cho sinh viên, việc thực hiện đề tài : Nghiên cứu hệ thống cân băng định l ợng
là sự thể hiện của những kiến thức mà em đã học ở sau 3 năm học tập ở trờng.
Do kiến thức có hạn rất nhiều phần còn bỡ ngỡ, còn mới mà trong lúc làm đồ án
em mới trau dồi thểm (kĩ thuật vi xử lý, kĩ thuật lập trình) nên đồ án này em chỉ
dừng lại ở tìm hiểu công nghệ cân băng tải động và kĩ thuật vi xử lý, cha có thực
tế và kinh nghiệm nên chắc chắn đồ án em làm còn rất nhiều sai sót.
Em xin chân thành cảm ơn phòng thí nghiệm tự động hoá (Auto Lab) của trờng,
cảm ơn thầy giáo PGS.TS Bùi Quốc Khánh giám đốc của phòng thí nhiệm đã tạo

điều kiện cho em và đặc biệt cảm ơn Thạc sỹ Lê Anh Tuấn, cán bộ của trung tâm,
đã hớng dẫn giúp đỡ em trong suốt thời gian thực tập cũng nh làm đồ án.
Sinh viên thực hiện:

Chơng : Tổng quan về cân băng định lợng.
.1 Tổng quan.
1.Khái niệm về cân băng định lợng.
2.Cấu tạo của cân băng định lợng.
3.ứng dụng trong nhà máy Granite Thiên thạch.
4.Cảm biến loadcell.
.2 Nguyên lý tính toán lu lợng của cân băng định lợng.

Sinh viên thực hiện:

1


Đồ án tốt nghiệp :

Cân băng định lợng

1.Nguyên lý ổn định lu lợng.
2.Tính toán ổn định lu lợng băng tải.
3. Nguyên tắc trừ bì.
4. Xác định sự trợt băng tải.
.3 Tính toán riêng cho băng tải trong nhiệm vụ đồ án.
Chơng : Thiết kế động lực của cân băng tải có năng suất
50 ữ100 t/H.
.1 Kết cấu động học của cân băng
1.Hoạt động của cân băng

2.Tính chọn loadcell của cân băng tải.
.2 Tính chọn động cơ, công suất động cơ của cân băng tải
1. Động cơ xoay chiều ba pha.
2.Tính chọn công suất động cơ.
Chơng : Xây dựng hệ điều khiển.
.1 Cấu trúc hệ thống điều khiển.
.2 Biến tần công nghiệp Toshiba.
1. Khái Quát biến tần.
2. Biến tần công nghiệp TOSHIBA.
a. Mạch lực biến tần công nghiệp TOSHIBA.
b. Các chế độ hoạt động.
c. Cách xử dụng biến tần.
d. Đặt thông số cơ bản.
e. Đặt phơng thức điều khiển.
.3 Vi xử lý - Giới thiệu hệ vi điều khiển 80c537.
1. Giới thiệu vi điều khiển 80C537.
2. Các tín hiệu điều khiển.
3. Phơng pháp lập trình cho Vi điều khiển.
.4 Xây dựng hệ vi điều khiển và ngoại vi.- nguyên lý các mạch.
1. Bo mạch chủ.
2. Mạch encoder.

Sinh viên thực hiện:

2


Đồ án tốt nghiệp :

Cân băng định lợng

3. Mạch lấy tín hiệu Analog từ loadcell.
4. Mạch hiển thì Led và bàn phím.
5. Mạch biến đổi D/A .
6. Mạch nguồn.
.5 Keil Cx51 lập trình cho hệ vi điều khiển.
1. Giới thiệu về Keil C.
2 Các lu đồ chơng trình.

Chơng 1 .
Sinh viên thực hiện:

3


Đồ án tốt nghiệp :

Cân băng định lợng

Tổng quan về hệ
thống cân băng định
lợng.
CHơng :

Tổng Quan về cân băng định lợng.
.1 Tổng quan.
1.Khái niệm về cân băng định lợng.
Cân băng định lợng là một hệ thống cân băng tải động liên tục, là thiết bị
đầu vào của bộ phận tiếp nhiên liệu.
Phần cơ khí bao gồm: băng tải, trục phễu dải liệu, động cơ, hộp số.

Phần điều khiển bao gồm: cảm biến trọng lợng, sensor đo tốc độ, biến tần, mạch
điện tử hiện thị, hệ thống điều khiển Vi xử lý, phản hồi..
Cân băng định lợng giúp điều khiển phối lợng liệu cho phù hợp với yêu cầu công
nghệ bằng cách điều chỉnh tốc độ. Có phản hồi về bộ vi xử lý để điều khiển biến
tần, ổn định lợng liệu đă đặt.
2.Cấu tạo của cân băng định lợng.
1

Phễu cung cấp nguyên liệu

Gạt điều chỉnh độ cao vật liệu
Puli bị động

11

4

5

10

Băng truyền

3
2

Puli Chủ động

6

loadcell

Bulong điều chỉnh độ căng băng tải

9 Hộp số
8
Sensor tốc độ

Sinh viên thực hiện:

động cơ

7

4


Đồ án tốt nghiệp :

Cân băng định lợng

3. ứng dụng công nghệ cân băng tải trong nhà máy đá Granite Thiên Thạch.
Sơ đồ phối liệu.:
Silo bột màu

Các băng tải dẫn
truyền

Thực hiện phối
liệu

Máy ép gạch

Cân băng tải định lợng

Gia công
Loadcell

Các silo màu bên dới qua hệ thống các băng truyền đa bột màu lên các silo phía
trên, tại một thời điểm chỉ một silo cho màu ra băng truyền, có nghĩa là khi cần
loại màu nào thì cho loại bột màu tơng ứng lên các silo bên trên. Qua hệ thống
các thanh gạt, mỗi bột màu đợc gạt vào một silo riêng rẽ. Hệ thống cân băng

Sinh viên thực hiện:

5


Đồ án tốt nghiệp :

Cân băng định lợng

đinh lợng điều chỉnh tốc độ để phối khối lợng các bột màu sao cho phù hợp với
công nghệ đặt ra cho từng loại gạch.

4. cảm biến loadcell.
Cảm biến loadcell là thiết bị đặt dới băng tải để đo trọng lợng của vật liệu
trên băng tải và đầu ra dạng áp huặc dòng tuỳ loại loadcell. Nhờ cảm biến này,
sau khi đã chuẩn hoá thì ta sẽ có lợng điện áp ra tơng ứng để truyền về bộ vi xử
lý, xử lý thông tin.

Tế bào cân đo trọng lợng trong hệ thống cân định lợng có hai loại, SFT và
TENZOMET.Tải trọng cần đo
A.Nguyên lý của tế bào cân số SFT.
Ngỡng
hạn chế

Cảm biến
nhiệt độ

Dây rung

N

Sinh viên thựcS hiện:

N

S

Bộ chuyển
đổi.

Bộ xử lý

6


Đồ án tốt nghiệp :

Cân băng định lợng

Đầu đo trọng lợng là nơi đặt tải cần đo, nó truyền lực tác động trực tiếp của tải
lên một dây dẫn đặt trong từ trờng không đổi làm thay đổi sức căng của dây dẫn
làm cho dây dao động, sự dao động của dây làm thay đổi sức căng của dây dẫn
trong từ trờng sinh ra sức điện động cảm ứng. Sức điện động này tỉ lệ chặt chẽ
với tải trọng trên đầu cân.
Đầu cảm biến nhiệt độ để xác định nhiệt độ của môi trờng để thực hiện việc
chỉnh định vì các phần tử SFT phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ.
Bộ xử lý để xử lý các tín hiệu thu đợc và các tín hiệu bên ngoài theo phơng thức
truyền tin nối tiếp.
B. Nguyên lý tế bào cân TENZOMET.
R - R

UN
R + R

Ura

R + R

- R
Tế bào cầu Tenzomet cân theo nguyên lý cầu trở, trong đó giáRtrị
của điên trở của
các nhánh cầu thay đổi bởi ngoại lực tác động lên cầu. Khi có một nguồn cung
cáp không đổi UN thì hai đờng chéo kia sẽ thu đợc tín hiêu thay đổi theo tải
trọng. Khi cầu cân bằng thì Ura = 0.

Khi cầu điện trở thay đổi do trọng lợng vạt thay đỏi:
Ura=(UN*R)/R

Sinh viên thực hiện:

7


Đồ án tốt nghiệp :

Cân băng định lợng

Với R tỉ lệ với khối lợng trên băng, ta lấy tín hiệu ra khuyếch đại, chuẩn hoá rồi
cho qua bộ đổi A/D rồi gửi về bộ vi xử lý.

.2 Nguyên lý tính toán lu lợng của cân băng tải.
1. Nguyên lý đo lu lợng.
P : là trọng lợng liệu.
V : là tốc độ lợng liệu.
Để đảm bảo ổn định lu lợng Q cho quá trình công nghệ, từ đó phối liệu để làm
nên sản phẩm, ta có hai cách :
- Điều chỉnh sao cho P cung cấp không đôỉ.
Có nghĩa là bằng cách nào đó, ta làm cho khối lợng ra khỏi silo xuống băng tải là
không đổi, phơng pháp này thờng áp dụng cho vật liệu rất mịn và nhỏ.
Có ba phơng pháp điều chỉnh cấp liệu cho băng cân.
+ Cấp liệu gián đoạn: dùng sensor phát hiện mức của vật liệu.
+ Cấp liệu liên tục: Xử dụng bộ điều chỉnh PID để điều chỉnh thiết bị cấp liệu,
thiết bị ở đây là van cấp liệu huặc van quay.
+ Kết hợp cả hai phơng pháp trên.
- Điều chỉnh tốc độ động cơ.
Thay đôỉ vận tốc của băng tải để đảm bảo lu lợng ra không đổi.
+ Ta có thể dùng động cơ một chiều với bộ băm xung áp để điều chỉnh tốc độ
(Hệ T - Đ), huặc dùng hệ máy phát - động cơ (F-Đ).

+ Ta có thể dùng động cơ xoay chiều ba pha với bộ biến tần.
Ngày nay, với công nghệ biến tần phát triển, việc dùng biến tần với động cơ xoay
chiều ba pha trở lên có nhiều u điểm, tuy độ điều chỉnh không bằng dùng động
cơ một chiều nhng dùng phơng pháp này động cơ rẻ và sẵn có hơn, thay thế và
mua mới dễ dàng, kết nối biến tần với bộ vi điều khiển dễ dàng . Trong đồ án này
ta dùng hệ động cơ 3 pha và biến tần (biến tần gián tiếp ).

Sinh viên thực hiện:

8


Đồ án tốt nghiệp :

Cân băng định lợng

Để có độ chính xác và dải điều chỉnh lu lợng cao thì cần phải kết hợp cả điều
chỉnh tốc độ động cơ và điều chỉnh lu lợng liệu đổ xuống băng, trong đồ án này
chỉ đề cập đến điều chỉnh tốc độ động cơ.
Để tính đợc lu lợng vật liệu trên băng cân, ta dùng cảm biến đo trọng lợng
loadcell gắn trên giá mang con lăn chịu tải. Trọng lợng của vật liệu trên băng cân
đợc loadcell chuyển thành tín hiệu điện đa về bộ xử lí để tính toán ổn định lu lợng.
Để xác định lu lợng liệu tại thời điểm đổ liệu, cần xác định đồng thời vận tốc dài
của băng cân và trọng lợng liệu trên một đơn vị chiều dài của băng cân. Tốc độ đợc đo bằng cảm biến tốc độ liên động với trục phụ của băng cân.
Lu lợng Q (kg/s) sẽ bằng tích số giữa vận tốc băng và khối lợng kg/m đo về từ
loadcell.
Q = *V
Trọng lợng đo đợc nhờ tín hiệu tỉ lệ từ loadcell. Tín hiệu đa về dạng áp qua chuẩn
hoá, biến đổi A/D về VĐK. Biểu thị cho trọng lợng của băng tải trên một đơn vị
dài.

Loadcell đo tải trọng trên đơn dài của băng tải (đơn vị: Kg/m)
= (2*FC )/(L*G) Kg/m.
L: Chiều dài của cầu cân.
G: Gia tốc trọng trờng.
: Tải trọng trên băng tải tại thời điểm đo.
Q = *V = (2*FC )/(L*G)*V.
2. Tính toán ổn định lu lợng của cân băng tải.
Cân băng tải đo tải trọng trên băng truyền và điều chỉnh tốc băng đảm bảo
lu lợng ở thời điểm đổi liệu là không đổi bằng QĐ.
Khi có sự chênh lệch không đúng với lu lợng đặt trong bộ vi xử lí thì sẽ có tín
hiệu điều chỉnh đa vào biến tần để điều chỉnh động cơ.

Sinh viên thực hiện:

9


Đồ án tốt nghiệp :

Cân băng định lợng

Cân băng tải thực hiện cân băng và ổn định rốc độ theo nguyên tắc tích phân,
lấy giá trị trung bình trong một chu kì lấy mẫu T ứng với mỗi phân đoạn của
băng tải để so sánh với lợng đặt, từ đó đa tín hiệu điều khiển biến tần, với chu kì
lấy mẫu càng nhỏ thì độ chính xác trong ổn định lu lợng càng cao nhng cũng có
nghĩa là phải đa tín hiệu điều khiển về biến tần càng nhiều. Nếu có chênh lệch
trên mỗi lần đo thì chắc chắn độ nhạy của động cơ cũng không thể đáp ứng.
Trong đồ án này ta lấy chu kỳ lấy mẫu tích phân T số xung từ encoder .
Qtb =

1 T
1 T
Qtt * dt = * v * dt

T 0
T 0

Lu lợng tức thời trên từng phân đoạn của băng tải đợc đa về bộ điều khiển qua
loadcell để xác đinh lu lợng trung bình trong một chu kì lấy mẫu
Qtb này sau mỗi chu kỳ sẽ đợc so sánh với QĐ (Lu lợng đặt). Từ đó đa ra tín hiệu
điều khiển biến tần.
3.Nguyên tắc trừ bì.
Trọng lợng đo về từ loadcell là bao gồm cả trọng lợng của băng tải và
trọng lợng vật liệu, chình vì vậy phải tiên hành trừ bì, tức là trừ đi trọng lợng của
băng tải.
Bộ vi xử lí đo đợc tín hiệu từ loadcell về sẽ tự động trừ bì theo nguyên tắc nh sau:
Cho băng tải chạy không tải, trọng lợng của mỗi phân đoạn băng tải sẽ đợc ghi
vào bộ nhớ, khi vận hành, lấy trọng lợng đo đợc trên mỗi phân đoạn trừ đi lợng bì
tơng ứng với băng tải đó trong bộ nhớ. Điều này đảm bảo chính xác trong trờng
hợp băng tải không đều trên chiều dài của nó.
4.Xác định trợt băng tải.
Khi trừ bì, một vấn đề đặt ra là phải đảm bảo trừ bì đúng đoạn băng tải tơng ứng cũng nh phải cân lại bì khi mà khối lợng bì thay đổi trong quá trình vận
hành, nếu không kết quả sẽ sai lệch. Điều này thực hiện nhờ cảm biến Belt index
đợc gắn trên băng tải.

Sinh viên thực hiện:

10

Đồ án tốt nghiệp :

Cân băng định lợng

Khi ghi trọng lợng bì vào bộ nhớ cũng nh khi cân băng hoạt động thì phải gặp
cảm biến Belt index thì mới bắt đầu thực hiện, điều này đảm bảo cho đồng bộ dữ
liệu.
Khi xác định độ lệch, cho băng tải chạy không tải và so sánh dữ liệu giữa hai lần
quay, khi có sự sai lêch tức là đã có sự trợt của băng tải cần phải ghi lại lợng bì,
nguyên nhân là do có sự trợt của băng tải, cần phải báo động để căng lại , kiểm
tra lại băng tải.
Lợng bì sẽ đợc định kì cân lại sau mỗi một quá trình vận hành để đàm bảo chính
xác khi lợng bì không còn đúng nh ban đâu trong qúa trình vận hành.

.3 Tính toán cho băng tải trong nhiệm vụ đồ án.
Trong đồ án này, do không có cảm biến belt index và băng tải ở đây là đều
cho nên sẽ không tiến hành trừ bì theo nguyên lý trên, để đơn giản, ta đa cả lợng
bì vào hệ số Km để tính ổn định lu lợng tải.
Qtt = Q = Km**KV*V
Qtb =

1
T



T

0

Qtt * d t =

1
T



T

0

K m K V * * v * d t

- : Khối lợng tải trên đơn vị dài của băng tải tại thời điểm đo tức thời lấy từ
loadcell về.
- V: Vận tốc tức thời tại thời điểm đo. Lợng này lấy qua encoder.
- Km : Là hệ số trọng lợng (chỉnh định, bao gồm cả yếu tố trọng lợng
băng tải)
- KV : Là hệ số tốc độ.
Với Encoder đo đợc 100 xung với một vòng quay của bộ đếm xung.
Encoder sẽ đo thời gian t trong một xung của encoder một xung bằng bằng cách
xử dụng timer của chip AT89C2051, đo thời gian trong một cửa sổ xung.
Sinh viên thực hiện:

11


Đồ án tốt nghiệp :

Cân băng định lợng

Vậy một vòng sẽ hết thời gian 100t (s) V = *D/100t (m/s)
Trong đó t = (số xung clock) x (thời gian 1 xung clock ) = m x (1às).
m : là số xung clock.
D : Đờng kính Puli bị động.
Với tần số bộ thạch anh bằng 12MHz thì mỗi xung clock đúng bằng 1às.
T chu kỳ lấy tích phân sẽ lấy là bội số của t. Tuỳ độ chính xác cần thiết mà ta lấy
chu kì lấy mẫu T lớn hay nhỏ.

Chơng 2
thiết kế hệ thống
động lực cho hệ
thống .

Sinh viên thực hiện:

12


Đồ án tốt nghiệp :

Cân băng định lợng

Chơng .

Thiết kế động lực cho cân băng tải có
năng suất

50 ữ 100 T/h.

.1 Kết cấu động học của cân băng.

Nạp liệu

Chặn liệu
Loadcell

Hộp giảm tốc

nt
nđ

Máy phát

Động cơ

Khuyếch đại

xung

Bộ Điều
Biến tần.
Sơ đồ cấukhiển
trúc hệ thống cân băng.

1.Hoạt động của cân băng.
Tín hiệu trọng lợng nhận đợc từ loadcell qua bộ khuyếch đại và đa về bộ vi
điều khiển để xử lý.
Tốc độ của băng tải đợc đa về từ trục bị động qua bộ phát xung chuyển thành tín
hiệu xung đa về mạch đếm xung đo thời gian trong của sổ xung, qua mạch này

Sinh viên thực hiện:

13


Đồ án tốt nghiệp :

Cân băng định lợng

tín hiệu tốc độ dạng số(digital) đợc đa về bộ điều khiển. Số xung phát ra tỉ lệ với
tốc độ động cơ.
Vi điều khiển hoạt động theo nguyên tắc tích phân, sau một chu kì lấy mẫu sẽ so
sánh tốc độ và trọng lợng, lu lợng đặt, đa tín hiệu qua bộ cách ly và biến đổi D/A
vào biến tần để điều khiển động cơ, thay đổi tốc độ động cơ để đảm bảo cho lu lợng không đổi, động cơ xử dụng là động cơ không đồng bộ 3 pha, rôto lồng xóc.
Vật chặn liệu là để cho lợng liệu dải đều và hạn chế chiều cao của vật liệu, điều
này giúp cho lợng liệu trên mặt băng ít thay đổi .
Các thông số của băng cân:

Dài 2m

Rộng 1,35 m

Cao 1,22 m

Lu lợng tải yêu cầu : 50 ữ 100 T/h. Tốc độ băng tải : 0.5 ữ 1 m/s.
Độ rộng băng : 0.7 m.

Độ dài băng tải : 1.5m

Độ dày của băng: 7mm.

Đối trọng của loadcell 10 kg.

2.Tính chọn loadcell của cân băng.
Khi có tải chạy trên băng thì moment lực của tải trọng sẽ đợc cân bằng với
moment của đối trọng và loadcell.

F0

L2

F2

L3
Đối trọng
F1
L1
L0
Sinh viên thực hiện:

Loadcell

14


Đồ án tốt nghiệp :

Cân băng định lợng

Cấu trúc cầu cân bằng moment lực.
áp dụng công thức tổng hợp moment ta có :
F0L0 = F1L1 +F2L2
Trong đó:
F0 : là lực của tải trọng tác động lên đầu cân.
F1 : là lực của loadcell phải chịu.
F2 : là lực của đối trọng.
L0 : là khoảng cách tay đòn từ tải đến Puli. (0.12m)
L1 : là khoảng cách từ Puli đến loadcell. (0.16m)
L2 : là khoảng cách từ đối trọng đến puli. (0.25m)
F0 =

F1 * L1 + F2 * L2 m1 * a1 * L1 + m2 * a 2 * L2
=
L0
L0

Do loadcell nối cứng trục nên ta có thể coi : a1 = a2 = 1.
F0 =

F * L m 2 * L2
m1 * L1 + m2 * L2
m1 = 0 0
L0
L1

Trong đó : m1 : khối lợng chịu tải của loadcell.
m2 : khối lợng của đối trọng (10kg).
Năng suất tối đa yêu cầu của băng tải là Q = 100T/h.
Chọn tốc độ truyền tải (tốc độ trung bình) 1m/s.

Khi đó trọng lợng của vật liệu đợc truyền tải trên một đơn vị chiều dài đợc tính :
=

Q 100.000
=
= 27,8 [kg/m].
V 1 * 3600

Trọng lợng tổng trên băng là do F0(N) đợc đo bởi hệ thống cân trọng lợng và
trọng lợng đợc tính theo biểu thức:

Sinh viên thực hiện:

15


Đồ án tốt nghiệp :

Cân băng định lợng
F0
L
F0 = * 3 * g
2
= g * L3
2

Trong đó :

L3 là chiều dài của cầu cân.(0.9m).
G là gia tốc trọng trờng.(9.8m/s2).

Thay F0 vào phơng trình ta có:
m1 =

*

L3
0.9
* g * Lo m 2 * L2 27,8 *
* 9.8 * 0.12 10 * 0.25
2
2
=
76kg.
L1
0.16

vậy ta chọn loadcell chịu tải trung bình 80 kg.
.2 Tính chọn động cơ, công suất động cơ của cân băng
tải.
1.Động cơ không đồng bộ 3 pha.
Trớc đây các hệ thống có điều khiển tốc độ không dùng động cơ KĐB vì
khó điều chỉnh, hiện nay với công nghệ biến tần phát triển thì việc điều khiển đã
đợc khắc phục và tỏ ra có u điểm. Động cơ không đồng bộ có kết câu đơn giản,
dễ chế tạo, vân hành an toàn, xử dụng nguồn trực tiêp từ lới điện xoay chiều ba
pha nên động cơ KĐB đợc xử dụng rộng rãi trong công nghiệp, dải công suất
rộng và vì thế mà chiếm một tỉ lệ lớn so với động cơ khác. Có xu hớng thay thế
các động cơ một chiều trong các hệ truyền động mà ở đó độ chính xác điều chỉnh
tốc độ không quá khắt khe.
Động cơ KĐB có từ thông và mômen phụ thuộc vào rất nhiều tham số. Do vậy hệ
điều chỉnh tự dộng truyền động cho động cơ KĐB là hệ điều chỉnh nhiều tham số

có tính phi tuyến mạnh.
Phơng trình đặc tính cơ:
M =

Trong đó:

3U12 * R2'
2


R21
2

1 * S * R1 + + X nm
S



1 là tốc đọ góc của từ trờng quay, 1 = 2*f/p
f1 là tần số điện áp lới.
P là số đôi cực từ.
U1 là giá trị hiệu dụng điện áp pha Stato.
R1 là điện trở cuộn dây Stato.

Sinh viên thực hiện:

16


Đồ án tốt nghiệp :

Cân băng định lợng
R2 là điện trở Roto đã quy đổ về stato.
Xnm là điện kháng ngắn mạch.
S là hệ số trợt tốc độ của động cơ.
S = (1-) / 1

Với là tốc độ góc của động cơ.
Từ phơng trình cho thấy M = f (s) phụ thuộc vào các đại lợng U1,1,R2. Tơng ứng
với mỗi đại lợng ta có một cách điều chỉnh điện áp động cơ.
+ Phơng pháp điều chỉnh điện trở mạch roto.
+ Phơng pháp điều chỉnh điện áp Stato.
+ Phơng pháp điều chỉnh công trợt.
+ Phuơng pháp điều chỉnh tần số nguồn cấp cho stato.
Phơng pháp điều chỉnh điện trở Roto và Điên áp Stato áp dụng chủ yếu cho động
cơ Roto dây quấn, với Roto lồng sóc thì phải điều chỉnh theo phơng pháp điều
chỉnh tần số nguồn cấp cho Stato. Với công nghệ điện tử công suất, công nghệ
biến tần phát triển hiện nay thì việc điều chỉnh tần số trở thành u điểm.
Tốc độ đồng bộ của động cơ là:
n1=(60*f1) / p
Ta thấy tốc độ động bộ của động cơ KĐB có thể thay đổi nếu thay đổi tần số lới
điện f1. Do đó, tốc độ của động cơ n = n1(1-S) cũng thay đổi theo.
Khi thay đổi tần số lới điện f1 cùng với việc bỏ qua điện trở dây quấn Stato, tức là
coi R1 = 0 thì moment tới hạn đạt cực đại:
M th =

3U12
3U12
=
2n1

* X n 21 * X n
9.55

Trong đó:
Xn = 1*L1 ; 1 = (2*f1) / p

Sinh viên thực hiện:

17


Đồ án tốt nghiệp :



Cân băng định lợng

M th =

3U12 * p 2
2(2 ) 2 * f12 * Ln

Đặt a = 3p / [2(2) *Ln]
2

2

3U12
M th = a * 2
f1

Biểu thức trên cho thấy khi tăng tần số nguồn mà giữ nguyên U 1 thì moment tới
hạn sẽ giảm rất nhiều. Do đó, khi thay đổi tần số để thay đổi tốc độ mà cần đảm
bảo cho moment tới hạn không đổi thì cần phải cùng lúc thay đổi điện áp cấp cho
stato U1. Giữ cho tỉ số

U1
= const .
f1

2.Tính chọn công suất động cơ.
Nđ , đ
Bánh răng 2:
R2 , 2 nối cứng
trục với puli chủ
động (D=0.24m)

i1 , 2
Sinh
Hộpviên
giảmthực
tốc hiện:

Bánh răng 1:
R1 , 1

18


Đồ án tốt nghiệp :

Cân băng định lợng

Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động.
Cho biết các thông số:
Chọn động cơ có tốc độ nđ=1000 v/p
Hiệu suất hộp số = 0.8
Tỉ số truyền của bánh răng 2 là : i2 = 40/26 = 1.5
Tốc độ làm việc max của băng truyền : V = 1m/s.
Đờng kính Puli chủ động: DPL= 0.34m
+ Tốc độ góc của động cơ:

đ = (2*nđ)/60 = (2*3.14*1000)/60 = 105 rad/s

+ Tốc độ góc của bánh răng 2: 2 = V/R = 1/(*0.17) = 5.89 rad/s
+ Tốc độ góc của bánh răng 1: 1 = i2*2 =1.5*5.89 = 8.835 rad/s
+ Tỉ số truyền của hộp số :

i1 = đ/1 = 105/8.835 = 11.88

+ Tỉ số truyền của giữa puli và động cơ là: i = đ/2 = 105/5.89 = 17.83
F3=*L*g. = 27.8*1.5*9.8 = 408.66
P = (F3*V) / (1*2) = (408.66*1)/(0.8*0.8)=638 w
chọn đc P = 0.75kw và có tốc độ định mức n = 1000 v/p.
1 là hiệu suất băng tải; 2 là hiệu suất hộp số.
F3 là lực của trọng lợng trên bng tải: F3=*L*g.

Sinh viên thực hiện:

19

Đồ án tốt nghiệp :

Cân băng định lợng

L là chiều dài của băng tải.
V là vận tốc hoạt động max của băng tải.
1 là hiệu suất băng tải; 2 là hiệu suất hộp số.
F3 là lực của trọng lợng trên băng tải: F3=L*F0.
L là chiều dài của băng tải(1.5m).
Là trọng lợng tải trên đơn vị dài (kg/m)
F0 là lực tác động lên loadcell.

Chơng 3
Sinh viên thực hiện:

20


Đồ án tốt nghiệp :

Cân băng định lợng

xây dựng hệ điều
khiển.

Chơng :
Xây dựng hệ điều khiển.
.1 Cấu trúc hệ thống điều khiển

0 ữ 20mV
K3NV
Đếm xung

Chuẩn hoá có
hiển thị số.

0ữ5V

RS232
A/D

Giảm tốc

Bộ Vi Điều khiển

Bus
ĐC

Đệm

Bus
D/A
0 ữ 10V
Sinh viên thực hiện:

Biến tần
V/F

21

Đồ án tốt nghiệp :

Cân băng định lợng

Tín hiệu từ loadcell đợc chuẩn hoá nhờ bộ K3NV của Omron, đa tín hiệu 0 ữ
5V về bộ biến đổi A/D trong của vi điều khiển.
Tín hiệu điều khiển từ VĐK đợc qua bộ biến đổi D/A và đợc cách li kiểu Opto
couple (để tránh hiện tợng tần số cao ở biến tần làm hòng bộ VĐK.) đa về biến
tần.
Từ Bộ VĐK qua bộ đệm để tăng khả năng lái tín hiệu đến mạch hiển thị số led
7 thanh và bàn phím (Vì đây là tín hiêu từ VĐK ra nên cần thiết phải đệm).
Đếm xung qua Mạch Encoder, nối với VĐK qua chuẩn RS 232 đa tín hiệu tốc
độ về VĐK dạng số.(Digital).
Trong các hệ thống điều chỉnh tự động trong công nghiệp hiện nay thơng sử dụng
các quy luật điều chỉnh chuân: tỉ lệ, tich phân, tỉ lệ tích phân, tỉ lệ vi phân, tỉ lệ vi
tích phân.
- Quy luật tỷ lệ (P: Proportion)
Tín hiệu điều khiển trong qua luật tỉ lệ đợc hình thành theo công thức:
Uđ = Km. e
Trong đó Km đợc gọi là hệ số khuếch đại của quy luật. Theo tính chất của khâu
khuyếch đại, ta thấy tín hiệu ra của khâu luôn luôn trùng pha với tính hiệu vào ,
vậy nên u điểm của quy luật này là tốc độ tác động nhanh. Tuy nhiên quy luật
này có nhợc điểm cơ bản là đối với các hệ thống tĩnh đối với các đối tợng tĩnh.
- Quy luật tích phân.(I: Integral)
Trong quy luật tích phân, tín hiệu điều khiển đợc xác định theo biểu thức:
Uđ = K . e.dt =

Sinh viên thực hiện:

1
. e.d t
Ti

22


Đồ án tốt nghiệp :

Cân băng định lợng

Trong đó Ti = 1/K gọi là thời gian tích phân.
Từ công thức cho thấy, giá trị điều khiển Uđ chỉ đạt giá trị xác lập (Khi này quá
trình điều khiển kết thúc) khi e = 0. Ưu điểm của quy luật này là triệt tiêu đợc sai
lệch d. Đặc tính của khâu tích phân là tín hiệu ra của nó luôn chậm pha so với tín
hiệu vào 1 góc /2 vậy nên quy luật này tác động chậm.
- Quy luật tỉ lệ tích phân.(PI ).
Để vừa tác động nhanh vừa triệt tiêu đợc sai lệch tĩnh, ta kết hợp hai quy luật
tỉ lệ và tích phân lại . Tín hiệu điều khiển đợc xác định theo công thức:
1
Ti

Uđ = K m (e + . e.dt )
Km là hệ số khuyếch đại.
Ti : là hằng số thời gian.
Với Km và Ti thích hợp thì quá trình điều khiển sẽ tối u với thời gian tác động
không châm lắm và sai lệch tĩnh không nhiều.
Nhng do có thành phần tích phân nên tốc độ tác động của quá trình điều khiển
châm đi, nếu đối tợng có nhiễu tác động liên tục mà đòi hỏi độ chính xác cao thì

quy luật PI không đáp ứng đợc.
- Quy luật tỉ lệ vi tích phân.(PID).
Để tăng tốc độ tác động của quy luật PI, ta ghép thểm thành phần vi phân, tác
động điều khiển theo công thức:
1
Ti

Um = K m (e + . e.dt + Td

de
)
dt

Km : hệ số khuyếch đại.
Ti : thời gian lấy tích phân.
Td : thời gian vi phân.
Trong hệ thống cân băng tải này ta ổn định lu lợng theo quy luật PID để có thể
đảm bảo tác động nhanh, sai lệch tĩnh ít, chịu nhiễu và độ chính xác cao.

Qloadcell

Qđặt

e

Sinh viên thực hiện:

P, Ti,Td

PID

Q
23


Đồ án tốt nghiệp :

Cân băng định lợng

e = Qđặt Q
Giá trị điều khiển xác lập khi e = 0. Lúc này lu lợng băng tải bằng lu lợng đặt.

.2 Biến tần công nghiệp Toshiba.
1.Khái Quát điều chỉnh tốc độ biến tần.
Biến tần gián tiếp TRANZITOR.
Muốn điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng cách thay đổi tần số , ta phải có bộ
biến tần thay đổi đồng thời tần số và điện áp .
Để tạo ra các bộ biến tần có U và f thay đổi, có rất nhiều loại. Máy biến tần công
nghiệp Toshiba dùng trong băng tải ở đây dùng loại biến tần Tranzitor công suất,
làm việc theo nguyên lý điều biến độ rộng xung.(PWM-pulse width modulation).

Sinh viên thực hiện:

24


Đồ án tốt nghiệp :

Cân băng định lợng

Bộ biến tần loại này đáp ứng đợc yêu cầu điều chỉnh, đồng thời nó còn tạo ra
điên áp và dòng điện gằn giống hình Sin.

D1

D3

D7

D55

C
D4

D6

D2

D9

D11

T1

T3

T5

T4

T6

T2

D10

D12

D8

L, R
Sơ đồ biến tần ba pha gián tiếp dùng Tranzitor công suất
Sơ đồ biến tần ba pha gián tiếp dùng Tranzitor công suất gồm:
+ Bộ chỉnh lu có lọc bằng tụ, biến đổi điện áp xoay chiều lới thành điện áp một
chiều cung cấp cho bộ nghịch lu.
+ Bộ nghịch lu biến đổi điện áp một chiều từ bộ chỉnh lu thành điện áp xoay
chiều có tần số biến đổi đợc.
Sơ đồ dùng 6 tranzitor công suất T1 ữ T6 và 6 Diode đấu song song ngợc với 6
Tranzitor tơng ứng.
Tín hiệu điều khiển Vb đợc đa vào bazơ của tranzitor có dạng chữ nhật chu kì
2, độ rộng là /2.
Khi Vb= 0 , tranzitor bị khoá.
Khi Vb= 1 , tranzitỏ mở bão hoà.
Các tranzitor đợc điều khiển theo thứ tự 1,2,3,4,5,6,1,2,3
Các tín hiệu điều khiển lệch nhau /3.
Xét pha A: biểu thức giải tích của điện áp pha:

Sinh viên thực hiện:

25