Nghiên cứu hệ thống cân Rotor

Báo cáo môn học Trang bị điện các máy công nghiệp
Đề tài: Nghiên cứu hệ thống cân Rotor

Giáo viên hướng dẫn

: Lê Minh Hà

Nhóm sinh viên thực hiện

: Nguyễn Anh Tuấn - SHSV: 20092988
Lại Văn Chung

1

- SHSV: 20090331


Mục lục.
Phần

Trang

I Giới thiệu về cân rotor

3

II Phân loại
1. Cân truyền thống.
a. Hệ thống cân tổn hao trọng lượng
b. Hệ thông cân bang tải lien tục.
c. Hệ thống đo lường dòng chảy rời rạc.

2. Cân Rotor.
III. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của cân Rotor.
1. Cấu tạo.
a. Tổng quan toàn bộ hệ thống.
b. Cấu tạo cân Rotor.
2. Nguyên lý làm việc.
a. Nguyên lý làm việc toàn hệ thống.
b. Nguên lý hoạt động của cân Rotor.
IV. Yêu cầu về công nghệ.
1. Hệ thống truyền thông.
a. Mạng CAN ( Controller Area Network)
b. Mạng Profibus – DP
2. Hệ thống điều khiển
V. Phương án thiết kế phù hợp công nghệ.
VI. Tổng kết

2


I.

Giới thiệu về cân Rotor(Rotor Weighfeeder TRW-K)
- Là loại cân được sử dụng trong các nhà máy sản xuất xi măng, nhà máy sản
xuất than.
- Cân Rotor đã được đăng ký bằng sang chế của hãng Pfister – Đức, được
chứng nhận DIN EN ISO 9001.
- Cân Rotor cho kết quả cân có độ chính xác cao và tin cậy, được minh
chứng với 20 năm hoạt động trên toàn thế giới với hơn 1700 đơn vị sử dụng
- Thiết kế mạnh mẽ và chịu được mài mòn cao làm cho hệ thống cực kỳ đáng
tin cậy.

- Cân chính xác với cơng suất cao,tốc độ được kiểm soát để ổn định cao.
Điều này làm cho hệ thống hoạt động liên tục và chính xác.
- TRW-K được thiết kế như hồn tồn khép kín, chặt chẽ và tất cả các kim
loại thiết bị bên trong được thiết kế chống nổ.

II.

Phân loại
1.Cân truyền thống:
a. Hệ thống cân tổn hao trọng lượng
- Làm việc theo nguyên tắc điều khiển bám theo thời gian trễ thông qua 1
phễu chảy liên tục trong hệ thống cân tự động.
- Nhược điểm :
+ Yêu cầu bộ xử lý tốc độ cao, để đảm bảo chính xác và điều khiển đáp
ứng.
+ Máy rung lắc, gây nhiều tiếng ồn.
+ Chịu tác động của nhiều yếu tố nhiễu, cả đầu vào và đầu ra cần phải
được cách ly hoàn toàn. Các lực cơ học, dao động tại các mối liên kết … có thể
làm sai lệch kết quả → giảm độ chính xác và tin cậy của hệ thống.
b. Hệ thống cân băng tải liên tục.
- Đo khối lượng nguyên liệu thông qua tốc độ động cơ và cảm biến đo áp lực
lên băng tải.
Nhược điểm :
+ Băng tải của cân rất khó đáp ứng đủ nhu cầu cho việc đo phối liệu của
nguyên liệu bột thô mịn theo xu hướng chảy xiết.
+ Sự thay đổi nhanh dòng chảy cộng với thời gian trễ cố hữu trong hệ
thống có thể gây ra hiện tượng tràn băng truyền, mất kiểm sốt dịng chảy
ngun liệu, dẫn tới liệu cấp vượt quá mức cho phép.
+ Về mặt đo lường, tải trọng thấp, chuyển động tương đối của nguyên
liệu với băng tải cũng tạo nên những kết quả đo khơng chính xác.

+ Vấn đề chống bụi và làm sạch băng truyền,

3


c. Hệ thống đo lường dòng chảy rời rạc
Nhược điểm :
- Không phù hợp với hệ thống đo lường liên tục.
- Sự thay đổi nhanh giá trị đặt có thể làm hệ dao động, mất ổn định.
2. Cân Rotor: (nghiên cứu ở phần dưới)

III.

Cấu tạo và nguyên lý làm việc của cân rotor
1. Cấu tạo
a. Tổng quan toàn bộ hệ thống
1-Thùng chứa nguyên vật liệu để đưa vào cân
2-Cân rotor
3-Hệ thống giao tiếp CPI
4-Hệ thống điều khiển CSC ( điều khiển motor)
b. Cấu tạo cân rotor:

4


1. Đầu vào nguyên liệu
2. Rotor quay(giống bánh xe)
3. Đầu ra nguyên liệu
4. Vòng bi

5. Load-cell
6. Độngc cơ điều chỉnh được tốc độ

5


2. Nguyên lý làm việc
a. Nguyên lý hoạt động toàn hệ thống

Nguyên liệu được đưa từ silo(1) vào cân rotor (2), tín hiệu đo đạc
được đưa về hệ thống giao tiếp CPI(3), rồi kết nối với hệ thống điều
khiển CSC (4) điều khiển động cơ ở cân rotor để phù hợp với mục
đích của hệ thống nhà máy.

b. Nguyên lý hoạt động của cân rotor
- Vật liệu được vận chuyển trên bánh xe rotor (2) từ đầu vào (1) đi ra
ở đầu ra (3). Trục cân (AA) được đặt xuyên qua cả hai vòng bi (4) và
xuyên qua giữa của cả hai đầu vào và đầu ra. Trọng lượng của
nguyên liệu trong máng được đo bởi cân load-cell (5). Các thơng tin
về khối lượng được đưa về tính điều chỉnh tốc độ và thời gian xả
nguyên liệu theo như yêu cầu của động cơ (6) .
- Khi nguyên liệu di chuyển từ đầu vào đến đầu ra, lượng nguyên liệu
đi qua những trục cân bằng gây ra mômen ở đường tâm của trục.
Mơmen này được đo bởi loadcell. Tín hiệu của loadcell tỷ lệ với
khối lượng nguyên liệu trong các ngăn rotor, tín hiệu này đưa lên bộ

6


-

-

-

điều khiển để điều khiển sự đóng mở của cửa điều khiển luu lượng,
nhờ vậy mà các ngăn rotor không bị tràn
Đường kính ngồi của rotor có thể lên đến trên 2200mm, với mức
nạp liệu lên đến 1100mm để đáp ứng công suất yêu cầu cho nguyên
vật liệu thô từ 50 đến 700 giờ hoặc nhiều hơn thế. Trong khoảng từ
500 đến 1000 kg thì ảnh hưởng của nhiễu ngồi là nhỏ. Hệ truyền
động chính lắp ráp rotor với một khớp nối tự điều chỉnh.
Hình dáng đặc biệt của các thanh trục giúp bù trừ sự thay đổi của các
lực dao động gây nên bởi khối lượng nguyên liệu, do đó kết quả
khơng bị ảnh hưởng.
Khối lượng ngun liệu ở cửa ra được tính thơng qua khối lượng đo
được từ loadcell và tốc độ quay của rotor
Ta có thể tính khối lượng nguyên liệu như sau :
feedrate = rotatespeed * weight
feedrate

: khối lượng nguyên liệu

rotatespeed : tốc độ quay của rotor
weight

-

: khối lượng đo đươc từ cảm biến

Khi tốc độ quay khơng đổi thì lượng ngun liệu ở cửa ra tỷ lệ
thuận với tín hiệu của loadcell.
rotatespeed = const
feedrate
≠ const

-

Muốn lượng nguyên liệu ở cửa ra là hằng số, như mong muốn thì ta
phải điều chỉnh tốc độ của động cơ tỷ lệ nghịch với tín hiệu đo được
của loadcell.
feedrate
= const
rotatespeed = feedrate/weight

- Ưu điểm
+ Cho kết quả đo có độ chính xác cao trong cả chế độ đo ngắn hạn và
dài hạn.
7


+ Sản phẩm ra có dải điều khiển lớn.
+ Điều khiển tiền định ( điều khiển tín hiệu sắp tới)
+ Thiết kế gọn nhẹ.
+ Dễ bảo dưỡng.
+ Ít hao mịn.
+ Đo lượng lớn các ngun liệu có thể tích lớn.
…

8

IV.

Yêu cầu về công nghệ

1. Hệ thống truyền thông:
-

Trong mỗi hệ thống cân rotor, thông tin về động cơ, lưu lượng vào
thông qua bộ giao tiếp CPI (CAN Process Interface) được đưa đến
bộ điều khiển CSC(CAN System Controller) để giao tiếp với các
thiết bị khác

-

Giữa các cân trong một trạm cấp liệu cũng được nối theo mạng CAN

-

Các trạm cân được nối mạng Profibus-DP với hệ thống giám sát
trung tâm (Supervisor System Customer)

9


a. Mạng CAN (Controller Area Network)
- CAN xuất phát là một phát triển chung của 2 hãng Intel và Bosch.
Ban đầu được sử dụng trong công nghệ ôtô, nhưng ngày nay đã phát
triển và được sử dụng nhiều trong lĩnh vực tự động hóa q trình

cơng nghiệp.
- CAN sử dụng đôi dây xoắn kết hợp với chuẩn RS 485
- Cơ chế giao tiếp CSMA/CA
- Có khả năng tránh xung đột
- Tốc độ truyền tối đa 1Mbit/s
Ưu điểm của CAN
Có độ tin cậy cao nhờ các phương pháp bảo tồn tín hiệu tốt.
Tính thời gian thực được cải thiện.
Hiệu suất truyền lớn.
→ thích hợp với điều khiển chuyển động tốc độ cao và điều khiển
mạch vịng kín.
 Nhược điểm của CAN:
- Có ràng buộc về tốc độ truyền và chiều dài mạng.

-

Ghép nối với CAN Bus kết nối các cân với nhau

10


11


Ghép nối với khối điều khiển động cơ

Ghép nối CPI
12

13


b. Mạng Profibus-DP (Process Field Bus)
- Phát triển tại Đức từ 1987, sau đó được chuẩn hóa thành tiêu chuẩn
Châu Âu và quốc tế.
- Profibus-DP là giao thức truyền thông được sử dụng thường xuyên
nhất, được thiết kế cho sự giao tiếp giữa hệ thống điều khiển và
ngoại vi phân tán
- Cáp sử dụng là đơi dây xoắn, có dung trở đầu cuối

- Cấu trúc mạng là cấu trúc hình thẳng, cây hoặc sao
- Phương thức truy cập kiểu master/slave
Giao diện Profibus

2. Hệ thống điều khiển:
14


Sử dụng bộ điều khiển PLC-S7300 của Siemens.
Hoạt động của PLC :
- CPU thực hiện chu kỳ quét với 3 giai đoạn
+ Đọc dữ liệu đầu vào
+ Xử lý, tính tốn
+ Ghi dữ liệu ra ngồi
- Q trình xử lý này lặp đi lặp lại.
Đặc điểm :
- Số lượng đầu vào ra lớn.

- Được module hóa, có thể mở rộng.

15


PLC
Khối ghép
nối vào ra

CPU
Khối xử
lý
Khối nhớ
Khối nguồn

16


V.

Phương án thiết kế phù hợp cơng nghệ
- Hình chiếu cạnh:

-

Hình chiếu đứng:

17


Thông số kỹ thuật:

-

Áp lực chống sốc lên đến 3,5 bar
Kích thước
Chiều cao: 1900 mm
Khỏang cách: 920 mm(đầu vào đến đầu ra)
Đường kính Rotor: 1800 mm
Chiều cao Rotor: 500 mm
Đường kính cửa đầu vào: 600 mm

-

Trọng lượng 4.800 kg

-

Tốc độ cắt: 3,0 đến 150 t / h

-

Feedrange: 10% đến 100%

-

Độ chính xác: ± 0,5%

-

Tốc độ Rotor : tối đa 4 vịng một phút.

-

Động cơ
Điện năng tiêu thụ :1,5 kW

-

Cơng suất động cơ: tối đa. 4 kW
Động cơ lớp bảo vệ: IP 55
Nhiệt độ tiêu chuẩn: 0 ° C đến +40 ° C
Điều khiển:CSC
Giao diện hệ thống điều khiển:
Serial-Interface (ModBus RTU).
Mạng : (Profi-Bus DP, DeviceNet)
Giao diện Analog / Digital-Hardwired.

18


Tổng kết
Rotor Weighfeeder là một thiết bị không phải là mới trên thế giới nhưng trong nền công
nghiệp Việt Nam nó là một sản phẩm tương đối hiện đại và được dùng rộng rãi trong
công nghiệp xi măng, than, thức ăn chăn nuôi . . .
Với nền công nghiệp đang hiện đại hóa, phát triển của nước ta thì những sản phẩm, máy
móc với cơng nghệ tốt, nâng cao năng suất nên được đầu tư và sử dụng nhiều hơn.
Trên đây là những kết quả chúng em tìm hiểu được về hệ thống cân rotor. Do thời gian
tương đối ngắn nên bài báo cáo còn chưa được chi tiết. Nếu có điều kiện và thời gian nữa
chắc chắn chúng em có thể tìm hiểu kĩ hơn về thiết bị này về mặt điều khiển cũng như
vận hành và có thể là chế tạo.
Chúng em rất mong được sự bổ sung và hướng dẫn thêm từ thầy giáo.

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

19