Xây dựng thuật toán và ứng dụng phần mềm matlab simulink điều khiển hệ truyền động biến tần động cơ trong công nghệ cân băng định lượng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

TRẦN ĐỨC HÙNG

XÂY DỰNG THUẬT TOÁN VÀ ỨNG DỤNG PHẦN MỀM
MATLAB - SIMULINK ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN ĐỘNG BIẾN
TẦN ĐỘNG CƠ TRONG CÔNG NGHỆ CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG
Chuyên ngành:

Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa

Mã số: 60520216

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS. ĐỖ TRUNG HẢI

Thái Nguyên – 2014
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

-i-

LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: Trần Đức Hùng
Sinh ngày: 30 tháng 04 năm 1992
Học viên lớp cao học khoá 14 - Tự động hoá - Trường Đại học Kỹ Thuật Công

nghiệp Thái Nguyên - Đại Học Thái Nguyên.
Hiện đang công tác tại: Trường Cao đẳng nghề số 1 – Bộ Quốc Phòng.
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dựa trên sự hướng
dẫn của tập thể các nhà khoa học và các tài liệu tham khảo đã trích dẫn. Kết quả
nghiên cứu là trung thực./.
Thái Nguyên, ngày 18 tháng 8 năm 2014
Học viên

Trầ n Đức Hùng

Số hóa bởi Trung tâm Học
liệu

/>

- ii -

LỜI CẢM
ƠN
được hoàn thành tại

Đại học Kỹ thuật

Công nghiệp Thái Nguyên. Có được bản luận văn tốt nghiệp này, tôi xin bày tỏ
lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
Thái Nguyên, Khoa Điện, Khoa đào tạo sau đại học, đặc biệt

TS

Đỗ Trung Hải, Trưởng khoa Điện đã trực tiếp hướng dẫn, dìu dắt, giúp đỡ tôi

với những chỉ dẫn khoa học quý giá trong suốt quá trình triển khai, nghiên cứu
và hoàn thành đề tài
"

- Simulink điều khiển

hệ truyền động biến tần - động cơ trong công nghệ cân băng định lượng"
Xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô giáo - Các nhà khoa học đã trực tiếp
giảng dạy truyền đạt những kiến thức khoa học chuyên ngành Kỹ thuật điều
khiển và Tự động hóa cho bản thân tôi trong nhưng năm tháng qua.
Tuy nhiên, do có sự hạn chế về thời gian và kiến thức nên Luận văn
không tránh khỏi những thiếu sót. Tôi rất mong nhận được những ý kiến đóng
góp của các Thầy Cô giáo - Các nhà khoa học để tôi tiến bộ hơn.
Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn các tập thể và cá nhân TS Đỗ
Trung Hải, Trưởng khoa Điện đã hết lòng quan tâm, giúp đỡ, tạo điều kiện để tôi
hoàn thành Luận văn.
Trân trọng cám ơn./.
Thái Nguyên, ngày 20 tháng 5 năm 2014
Học viên

Trầ n Đức Hùng

Số hóa bởi Trung tâm Học
liệu

/>

-3-

MỤC LUC

MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... viii
1. Tính cấp thiết của đề tài ...................................................................................... viii
2. Mục tiêu nghiên cứu............................................................................................ viii
3. Dự kiến các kết quả đạt được ................................Error! Bookmark not defined.
4. Phương pháp và phương pháp luận.......................Error! Bookmark not defined.
5. Cấu trúc của luận văn ............................................Error! Bookmark not defined.
Kết luận và kiến nghị ................................................Error! Bookmark not defined.
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG ...............1
1.1. Lý thuyết chung về hệ thống cân băng định lượng. .............................................1
1.1.1. Đặt vấn đề .........................................................................................................1
1.1.2. Khái niệm ..........................................................................................................2
1.1.3. Cấu tạo của cân băng định lượng ......................................................................2
1.1.4. Nguyên lý tính lưu lượng của cân băng định lượng..........................................3
1.1.4.1. Nguyên lý tính lưu lượng...........................................................................3
1.1.4.2. Đo trọng lượng liệu trên băng tải...............................................................4
1.1.5. Khái quát về điều chỉnh cấp liệu cho cân băng ............................................4
1.2. Cấu trúc hệ thống cân băng ..................................................................................6
1.3. Hệ điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ dùng biến tần...............................7
1.3.1. Động cơ không đồng bộ................................................................................7
1.3.2. Khái quát về biến tần ..................................................................................10
1.3.3. Điều chỉnh tần số động cơ bằng biến tần ...............................................12
1.4. Cảm biến trọng lực Loadcell ..............................................................................14
1.4.1. Khái niệm Loadcell.....................................................................................14
1.4.2. Tế bào cân đo trọng lượng ..........................................................................14
1.4.3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động .................................................................17
1.5. Băng tải cao su ...................................................................................................20
1.6. Sensor đo tốc độ .................................................................................................21
1.6.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: ................................................................21
1.6.2. Đo vận tốc băng tải...................................................................................23
1.7. Đo khối lượng liệu trên băng. ............................................................................24

1.8. Kết luận chương 1 ..............................................................................................24
CHƯƠNG 2. TỔNG HỢP HỆ CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG ......................................25
2.1. Sơ đồ cấu trúc hệ thống cân băng định lượng ....................................................25
2.2. Nhận dạng mô hình toán học đối tượng .............................................................27
2.3. Xác định bộ điều khiển ......................................................................................31
2.3.1. Bài toán 1 (Xác định luật điều khiển) .........................................................31
2.3.2. Bài toán 2 (Lựa chọn thiết bị thực hiện luật điều khiển) ............................34
2.4. Card ghép nối và điều khiển...............................................................................34
2.5. Kết luận chương 2: .............................................Error! Bookmark not defined.
Số hóa bởi Trung tâm Học
liệu

/>

-4CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM HỆ CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG ..............................38
3.1. Các thiết bị thực nghiệm ....................................................................................38
3.1.1. Động cơ.......................................................................................................38
3.1.2. Biến tần .......................................................................................................38
3.1.3. Loadcell và mạch khuếch đại tín hiệu đầu cân ...........................................39
3.1.4. Thiết bị đo vận tốc băng tải ........................................................................39
3.1.5. Băng tải………………………………………………………………… ..39
3.1.6. Bảng điều khiển ..........................................................................................41
3.1.7. Tạo tín hiệu điều khiển ...............................................................................43
3.1.8. Thiết bị hiển thị ...........................................................................................44
3.1.9. Card ghép nối và điều khiển – Bo mạch ArduinoDue................................42
3.1.10. Mô hình thực nghiệm hệ thống cân băng định lượng ...............................45
3.2. Thực nghiệm ......................................................................................................46
3.2.1. Cấu trúc thực nghiệm..................................................................................46
3.2.2. Kết quả thực nghiệm ...................................................................................46
3.3. Kết luận chương 3 ..............................................................................................51

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................52
Kết luận .....................................................................................................................52
Kiến nghị ...................................................................................................................52
Tiếng Việt..................................................................Error! Bookmark not defined.
Tiếng Anh..................................................................Error! Bookmark not defined.

Số hóa bởi Trung tâm Học
liệu

/>

-5-

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1. 1 Sơ đồ cấu tạo cân băng định lượng.................................................................2
Hình 1. 2 Định lượng gián đoạn......................................................................................5
Hình 1. 3 Định lượng liên tục ..........................................................................................5
Hình 1. 4 Cấu trúc hệ thống cân băng định lượng..........................................................6
Hình 1. 5 Đặc tính cơ khi thay đổi tần số động cơ không đồng bộ .................................9
Hình 1. 6 Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động.........................................................................9
Hình 1. 7 Biến tần ..........................................................................................................10
Hình 1. 8 Nguyên lý hoạt động của biến tần .................................................................11
Hình 1. 9 Sơ đồ mạch lực bộ biến tần nguồn áp dùng Tranzitor ..................................13
Hình 1. 10 Giản đồ điện thế và điện áp pha A dùng phương pháp PWM.....................13
Hình 1. 11 Sơ đồ tế bào cân số SFT ..............................................................................15
Hình 1. 12 Sơ đồ cầu tế bào cân Tezomet .....................................................................16
Hình 1. 13 Cấu tạo của một Loadcell............................................................................17
Hình 1. 14 Nguyên lý hoạt động của một Loadcell .......................................................18
Hình 1. 15 Cấu trúc cầu cân bằng mô men lực .............................................................19
Hình 1. 16 Băng tải cao su ............................................................................................20

Hình 1. 17 Encoder quang tương đối ............................................................................22
Hình 1. 18 Mạch đo tín hiệu tốc độ ...............................................................................23
Hình 1. 19 Mạch đo khối lượng.....................................................................................24
Hình 2. 1 Cấu trúc hệ thống cân băng định lượng........................................................25
Hình 2. 2 Sơ đồ cấu trúc hệ thống cân băng định lượng ..............................................25
Hình 2. 3 Sơ đồ cấu trúc hệ ...........................................................................................26
Hình 2. 4 Sơ đồ thu thập dữ liệu nhận dạng .................................................................27
Hình 2. 5 Dữ liệu tín hiệu điều khiển (volt)...................................................................27
Hình 2. 6 Dữ liệu tín hiệu vận tốc dài băng tải (m/h) ...................................................28
Hình 2. 7 Giao diện công cụ nhận dạng mô hình..........................................................28
Hình 2. 8 Nhập dữ liệu nhận dạng mô hình ..................................................................29
Hình 2. 9 Nhận dạng mô hình .......................................................................................29
Hình 2. 10 Giao diện kết quả nhận dạng.......................................................................30
Hình 2. 11 Đánh giá kết quả nhận dạng mô hình .........................................................30
Số hóa bởi Trung tâm Học
liệu

/>

-6Hình 2. 12 Đặc tính quá độ đối tượng...........................................................................31
Hình 2. 13 Cấu trúc điều khiển hệ thống.......................................................................32
Hình 2. 14 Cấu trúc điều khiển hệ thống (m là hằng số) ..............................................33
Hình 2. 15 Sơ đồ mạch kết nối ArduinoDue với máy tínhError!

Bookmark

not

defined.
Hình 2. 16 Các khối chức năng trong thư viện ArduinoDueError!

Bookmark

not

defined.
Hình 3. 1 Động cơ truyền động kéo băng tải ................................................................38
Hình 3. 2 Biến tần Commander SE ...............................................................................39
Hình 3. 3 Loadcell PT1000 gắn trên băng tải...............................................................41
Hình 3. 4 Bo mạch khuếch đại vi sai khuếch đại tín hiệu cân.......................................40
Hình 3. 5 Encoder gắn trên tang bị động ......................................................................40
Hình 3. 6 Băng tải .........................................................................................................41
Hình 3. 7 Bảng điều khiển ............................................................................................44
Hình 3. 8 Máy tính có cài đặt Matlab/Simulink ...........................................................44
Hình 3. 9 Cấu trúc mạch vòng điều khiển lưu lượng trên Matlab/Simulink .................45
Hình 3. 10 Khối hiển thị thông số trạng thái hệ thống..................................................42
Hình 3. 11 Card ghép nối ArduinoDue .........................................................................45
Hình 3. 12 Bo mạch khuếch đại tín hiệu điều khiển ......................................................46
Hình 3. 13 Mô hình thực nghiệm hệ thống cân băng định lượng .................................46
Hình 3. 14 Cấu trúc thực nghiệm hệ thống cân băng định lượng .................................47
Hình 3. 15 Đáp ứng lưu lượng hệ với tín hiệu đặt dạng hàm bước nhảy .....................47
Hình 3. 16 Đáp ứng vận tốc dài băng tải với tín hiệu đặt dạng hàm bước nhảy ..........47
Hình 3. 17 Tín hiệu khối lượng trên băng tải khi tín hiệu đặt dạng hàm bước nhảy ....48
Hình 3. 18 Đáp ứng lưu lượng hệ với tín hiệu đặt thay đổi ..........................................48
Hình 3. 19 Đáp ứng vận tốc dài băng tải với tín hiệu đặt thay đổi...............................49
Hình 3. 20 Tín hiệu khối lượng trên băng tải khi tín hiệu đặt thay đổi.........................49
Hình 3. 21 Đáp ứng lưu lượng hệ khi nguyên liệu băng không đồng nhất ...................50
Hình 3. 22 Đáp ứng vận tốc dài băng tải khi nguyên liệu băng không đồng nhất .......50
Hình 3. 23 Tín hiệu khối lượng trên băng tải khi nguyên liệu băng không đồng nhất .51

Số hóa bởi Trung tâm Học
liệu

/>

-7-

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. 1 Bảng thống kê một số loại tế bào ..................................................................15
Bảng 1. 2 Bảng thống kê một số loại tế bào cân Tenzomet...........................................17

Số hóa bởi Trung tâm Học
liệu

/>

-8-

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong những năm gần đây, với sự phát triển mạnh của khoa học kĩ thuật, công
cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước đang được Đảng và nhà nước chú trọng.
Trước tình hình đó thách thức đặt ra với ngành tự động hoá cũng hết sức cao, phải nắm
băt công nghệ mới để đưa vào phục vụ sản suất thay thế cho công nghệ cũ, thủ công,
lạc hậu nhằm tăng năng suất và chất lượng ổn định, tăng khả năng cạnh tranh cho hàng
hoá trong nước.
Công nghệ cân băng tải đă từ lâu là cần thiết và không thể thiếu trong các dây
chuyền công nghiệp, đặc biệt là trong các nhà máy sản xuất xi măng, trong các nhà
máy sản suất đá granite ..v..v…
Các hệ điều khiển như Vi xử lý, PLC … không mới nhưng đang đổi mới rất

nhanh về công nghệ phần cứng và các tính năng ứng dụng. Nó có nhiều ưu việt trong
các quá trình điều khiển tự động, thay thế rất nhiều thiết bị phức tạp để thực hiện các
công việc phức tạp, biến nó trở thành đơn giản. Ngày nay việc ứng dụng các thiết bị
điều khiển như Vi xử lý, PLC… hết sức rông dăi trong các thiết bị công nghiệp. Cùng
với đó, công nghệ biến tần phát triển cũng đă 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.
Vì vậy nghiên cứu thiết kế hệ thống cân băng định lượng trong nhà máy sản
xuất xi măng, các nhà máy chế biến thức ăn gia xúc, chế biến thực phẩm ..... là
cấp thiết.

2. Mục tiêu nghiên cứu
- Xây dựng mô tả công nghệ và nguyên lý điều khiển của hệ thống cân băng
định lượng.
- Tính toán, thiết kế, viết chương trình điều khiển để điều khiển hệ thống.
- Mô phỏng và thực nghiệm về điều khiển cân băng định lượng trên thiết bị
thực tại trường.

Số hóa bởi Trung tâm Học
liệu

/>

-9-

3. Dự kiến các kết quả đạt được
- Mô hình toán học của hệ thống cân băng định lượng.
- Chương trình điều khiển của hệ thống.
- Cấu trúc mô phỏng hệ thống trên Matlab/Simulink.

4. Phương pháp và phương pháp luận
- Nghiên cứu tài liệu khoa học (Trên mạng internet, Trung tâm học liệu Đại
học Thái Nguyên)
- Nghiên cứu thực tế Cân băng định lượng tại nhà máy xi măng La hiên Thái Nguyên
- Làm thực tế mô hình Cân băng định lượng tại Trường Đại học Kỹ thuật
Công nghiệp Thái Nguyên

5. Cấu trúc của luận văn
Luận văn được chia làm 3 chương:

Chương 1: Tông quan về Hệ thống cân băng định lượng
Chương 2: Tổng hợp Hệ cân băng định lượng
Chương 3: Thực nghiệm Hệ cân băng định lượng
6. Kết luận và kiến nghị

Số hóa bởi Trung tâm Học
liệu

/>

-1-

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG
CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG
1.1. Lý thuyết chung về hệ thống cân băng định lượng.
1.1.1. Đặt vấn đề
Việc đo lường và kiểm soát khối lượng trong các nhà máy, xí nghiệp là cực
kỳ quan trọng. Trong rất nhiều quá trình, việc đo lường và kiểm soát khối lượng là
không thể thiếu để có thể đạt được chất lượng sản phẩm cuối cùng là tốt nhất, với
năng suất cao nhất và giá thành thấp nhất. Trước kia chúng ta có các hệ thống đo

khối lượng dùng đối trọng hoặc lò xo bằng các kết cấu cơ khí, việc sử dụng các loại
cân này rất cồng kềnh và độ chính xác không cao. Ngày nay các hệ thống hiện đại
đòi hỏi phải có độ chính xác rất cao trong việc đo lường của thiết bị. Vấn đề công
nghệ đo phù hợp, hiển thị chính xác các thông số đo l ường hiện đang là vấn đề
được rất nhiều kỹ sư tích hợp, đo lường và điều khiển quan tâm.
Hệ thống cân băng định lượng là một trong các hệ thống có vai trò rất quan
trọng trong các dây truyền sản xuất trong công nghiệp, thương mại. Các quá trình
công nghệ nói chung đều đi từ xử lý các nguyên liệu thô ban đầu để tạo ra các
thành phẩm. Vậy làm thế nào để định lượng được khối lượng nguyên liệu đầu vào
một cách chính xác và để cho ra đời các sản phẩm đạt tiêu chuẩn chất lượng với chi
phí sản xuất thấp nhất?
Trong các nhà máy, xí nghiệp mọi công đoạn xử lý nguyên liệu đều cần được
định lượng, từ các lĩnh vực đơn giản như đưa ra một khối lượng nguyên liệu đầu
vào để sản xuất, đến các công việc phức tạp như sử dụng trong thương mại để buôn
bán, trao đổi. Vai trò của việc cân định lượng là không thể thiếu trong các hệ thống
tự động hoá như: trong các nhà máy xi măng, nhà máy nhiệt điện... Hệ thống cân
băng định lượng tham gia vào quá trình sản xuất xi măng bao gồm: cân đo các
nguyên liệu cho máy nghiền nguyên liệu theo các tỷ lệ, thành phần và năng suất đặt
trước, cung cấp nhiên liệu để đốt đảm bảo lưu lượng sao cho phù hợp với điều kiện
trước, trong và sau lò nung. Ngoài ra hệ thống cân băng định lượng còn cân đo các
nguyên liệu như than, thạch cao… cho các máy nghiền clinker, nghiền than, máy
đóng bao, máy sản xuất gạch men….
Số hóa bởi Trung tâm Học
liệu

/>

-2-

1.1.2. Khái niệm

Cân băng định lượng là bao gồm các thiết bị ghép nối với nhau mà thành, nó
thuộc dạng cân định lượng băng tải, được dùng cho hệ thống cân liên tục (liên tục theo
chế độ dài hạn lặp lại). Thực hiện việc phối liệu một cách liên tục theo tỷ lệ yêu cầu
công nghệ đặt ra.
Trong các nhà máy sản xuất công nghiệp, hệ thống cân băng định lượng còn đáp
ứng sự ổn định về lưu lượng liệu và điều khiển lượng liệu cho phù hợp với yêu cầu,
chính vì nó đóng một vai trò rất quan trọng trong việc điều phối và hoạch định sản xuất,
do đó nó quyết định vào chất lượng sản phẩm, góp phần vào sự thành công của công ty.
Cân băng định lượng trong luận văn đề xuất nghiên cứu là cân băng tải, nó là
thiết bị cung cấp kiểu trọng lượng vật liệu được chuyên trở trên băng tải mà tốc độ
của nó được điều chỉnh để nhận được lưu lượng vật liệu ứng với giá trị do người
vận hành đặt trước.

1.1.3. Cấu tạo của cân băng định lượng

1
3

6

4

10

7

8

2

5
Hình 1. 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

9: Động cơ không đống bộ (được nối với biến tần)

Số hóa bởi Trung tâm Học
liệu

10: Cảm biến vị trí

/>
9

-3-

1.1.4. Nguyên lý tính lưu lượng của cân băng định lượng
1.1.4.1. 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 nhiễu tác động lên hệ (ví dụ liệu không xuống đều).
Cầu cân về cơ bản bao gồm: Một cảm biến trọng lượng (LoadCell) gắn trên giá
mang nhiều con lăn. Trọng lượng của vật liệu trên băng được các 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 ∂
(kg/m). 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 (ƍ) 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

(1.1)

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

Trong đó:

FC
L
g
2

(1.2)

L: Chiều dài của cầu cân
2

g: Gia tốc trọng trường (g=9,8 m/s )
Lực hiệu dụng Fm(N) do trọng lượng của vật liệu trên băng tải gây nên:
Fm =Fc – F0

(1.3)

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:
Số hóa bởi Trung tâm Học
liệu

/>

-4ƍ=S*
Trong đó:

(1.4)
3

: Khối lượng riêng của vật liệu (kg/m )
2

S: Tiết diện cắt ngang của vật liệu trên băng (m )
Do đó lưu lượng có thể tính là:

Số hóa bởi Trung tâm Học
liệu

/>

-5Q=

Fc
*V
L
g
2

2Fc
*V L
*g

(1.5)

1.1.4.2. 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.

1.1.5. 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 và được thực hiện bằng 3 phương pháp.
- Phương pháp 1 (Điều chỉnh cấp liệu gián đoạn)
Phương pháp này điều chỉnh cấp liệu bằng tín hiệu của sensơr cấp liệu
kiểu trôi để điều khiển một số thiết bị cấp liệu.

Số hóa bởi Trung tâm Học
liệu

/>

Hình 1. 2 Định lượng gián đoạn
Vị trí của sensor cấp liệu theo kiểu trôi được đặt ở phía cuối của ống liệu.
- Phương pháp 2 (Điều chỉnh cấp liệu liên tục)

Hình 1. 3 Định lượng liên tục

Phương pháp này điều chỉnh cấp liệu liên tục cho băng cân định lượng sử dụng
bộ điều chỉnh PID để điều chỉnh cấp liệu (có thể là van cấp liệu hoặc van quay) để
đảm bảo cho lượng tải trên một đơn vị chiều dài băng tải là không đổi. Bộ PID có tác
dụng điều chỉnh nếu lưu lượng thể tích của liệu trên băng thay đổi theo phạm vi ±15%
và bộ PID chỉ hoạt động sau khi băng đã hoạt động.
Nhận xét 2 phương pháp trên:
Hai phương pháp trên điều chỉnh cấp liệu khác hẳn nhau về bản chất. Xét về độ
chính xác điều chỉnh thì phương pháp 2 hơn hẳn phương pháp 1, thời gian điều chỉnh
nhỏ, thiết bị cấp liệu làm việc ổn định không bị ngắt quãng, nhưng phạm vi điều chỉnh
Số hóa bởi Trung tâm Học
liệu

/>

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.

1.2. Cấu trúc hệ thống cân băng

Số hóa bởi Trung tâm Học
liệu

/>

Load Cell

Hộp giảm
tốc

Nt

BỘ

tốc
FT

KĐB
M

AC

KHUYẾCH
MÁY

Máy phát Động cơ

ĐẠI

PHÁT
XUNG

P
BỘ

V

ĐIỀU

BIẾN
TẦN

KHIỂN

Hình 1. 4 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 sensơ đo tốc độ (máy phát xung).
- Số xung phát ra từ máy phát xung tỷ lệ với tốc độ động cơ và được đưa về bộ
điều khiển.

Số hóa bởi Trung tâm Học
liệu

/>

-7- 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

1.3. Hệ điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ dùng biến tần
1.3.1. Động cơ không đồng bộ
1.3.1.1. Khái quát về động cơ không đồng bộ

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.
Ta có phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ:
f

2


-8-

M

3I 22 R2

2

3U R

1

s
Trong đó:

1

s

1

s

r1

R2
s

2

xnm

2 f1
: Vận tốc góc của từ trường quay
p
1

: Hệ số trượt của động cơ
1

f1: Tần số điện áp đặt vào stator
p: Số đôi cực của động cơ

(1.6)

(1.7)
(1.8)


Uf: Trị số hiệu dụng điện áp pha của stator
R2 : Điện trở Roto quy đổi về stator

xnm: Điện kháng ngắn mạch
ω: Vận tốc góc của động cơ
Từ công thức (2.2) cho ta thấy tốc độ 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.


dM
ds

Đặc tính M(s) đạt điểm cực đại khi

0 => Mômen tới hạn và hệ số trượt

tới hạn được tính theo công thức:
2

3U f

M th

r12

1

sth

r12

2
xnm

sR
2
2

(1.9)
2
xnm

r1

Nếu bỏ qua điện trở cuộn dây stator r1 thì khi đó:
2

M th

3U f

xnm

1

s
Trong đó L1 và
’
L

2

3U f

2

2 f1
p

2

s L1

L2

1
f12

(1.10)

là điện cảm của cuộn dây stator và của roto đã quy đổi về
stator.

Biểu thức trên cho thấy khi tăng tần số nguồn (f1> f1đm) mà giữ nguyên Uf thì
momen tới hạn Mth sẽ giảm rất nhiều. Do đó, khi thay đổi tần số f1 thì nên thay đổi
đồng thời cả điện áp Uf 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 dòng).
Tức là tỷ số giữa momen cực đại của động cơ và momen phụ tải tĩnh đối với các đặc
tính cơ là hằng số:

M th
M

const

Trường hợp tần số giảm (f1< f1đm) nếu giữ nguyên điện áp Uf thì momen và
dòng điện động cơ sẽ tăng rất lớn. Nên khi giảm tần số thì phải giảm điện áp theo một
quy luật nhất định sao cho động cơ sinh ra được momen như trong chế độ định mức.
Đặc tính cơ khi f1< f1đm với điều kiện từ thông Φ = const (hoặc gần đúng giữa
Uf /f1 = const) thì Mth được giữ không đổi ở vùng f1< f1đm.



11

f 11

12

f1 > f1đm
f12

1đm

13

f 1đm

14

f13
0

f1 < f1đm

f14

M

Hình 1. 5 Đặc tính cơ khi thay đổi tần số động cơ không đồng bộ

1.3.1.2. Công thức tính chọn động cơ không đồng bộ
* Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động

Hình 1. 6 Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động
Vận tốc góc của động cơ:
2

n
60

(rad/s)

(1.11)

Trong đó: n là tốc độ động cơ (v/ph)
Tốc độ của bánh răng 2 (tốc độ của pulley chủ động):
V
2

D

Trong đó:

(rad/s)

(1.12)

D: Đường kính bánh răng 2
V: Tốc độ của băng truyền (m/s)

Tốc độ của bánh răng 1:
1

i

2

(rad/s)

(1.13)


Trong đó: i là tỷ số truyền giữa băng răng 1 và 2

Tỷ số truyền của hộp số:

i1
1

Tỷ số truyền giữa pulely và động cơ:

i2
2

* Tính chọn công suất động cơ