Đồ án tốt nghiệp : Cân băng định lợng Lời mở đầu Trong năm gần đây, theo đà tiÕn bé khoa häc kÜ tht, c«ng cc c«ng nghiƯp hoá, đại hoá đất nớc ta diễn tốt đẹp Trớc tình hình thách thức đặt với ngành tựu động hoá cao, phải nắm băt công nghệ để đa vào phục vụ sản suất thay cho công nghệ cũ, thủ công , lạc hậu, suất chất lợng ổn định, tăng khả cạnh tranh cho hàng hoá nớc Công nghệ cân băng tải đà từ lâu cần thiết thiếu dây chuyền công nghiệp, nhà máy xi măng , nhà máy sản suất đá granite v v Kĩ thuật vi sử lý không nhng đổi nhanh phần cứng ứng dụng, đà trở thành u việt trình điều khiển tự động, thay nhiều thiết bị phức tạp để thể hiên công việc phức tạp, biến trở thành đơn giản Ngày ứng dụng vi sử lý rông dÃi thiết bị công nghiệp nh dân dụng Cùng với đó, công nghệ biến tần phát triển đà giúp điều chỉnh tốc độ động xoay chiều pha cách linh hoạt, thay động chiêu phức tạp đắt đỏ Với dải điều chỉnh rộng Không dừng lại lý thuyết ,việc sâu để tìm hiểu vi sử lý cấp bách cho sinh viên, việc thực đề tài : Nghiên cứu hệ thống cân băng định lợng thể kiến thức mà em đà học trờng sau năm học tập trờng Do kiến thức có hạn nhiều phần bỡ ngỡ, mà lúc làm đồ ¸n em míi trau dåi thªm (kÜ tht vi sư lý, kĩ thuật lập trình) nên đồ án em dừng lại tìm hiểu công nghệ cân băng tải động kĩ thuật vi sử lý, cha có thực tế kinh nghiệm, thiết nghĩ với trình độ cao đẳng thực đồ án khó nhng khới đầu cho em thi chuyển hệ Em xin chân thành cảm ơn phòng thí nghiêm (Auto lab) trờng đà tạo điều kiện đặc biệt cảm ơn Th.s Lê Anh Tuấn, cán trung tâm đà giúp đỡ em suốt thời gian thực tập nh làm đồ án Sinh viên thực hiện: Tạ Ngọc Duy Lớp CĐ TĐH K46 Chơng : Tổng quan cân băng định lợng .1 Tổng quan 1.Khái niệm cân băng định lợng 2.Cấu tạo cân băng định lợng 3.ứng dụng nhà máy Granite Thiên thạch 4.Cảm biến loadcell .2 Nguyên lý tính toán lu lợng cân băng định lợng Sinh viên thực hiện: Tạ Ngọc Duy CĐ TĐH K46 Đồ án tốt nghiệp : Cân băng định lợng 1.Nguyên lý ổn định lu lợng 2.Tính toán ổn định lu lợng băng tải Nguyên tắc trừ bì Xác định trợt băng tải .3 Tính toán riêng cho băng tải nhiệm vụ đồ án Chơng : Thiết kế động lực cân băng tải có suất 50 100 t/H .1 Kết cấu động học cân băng 1.Hoạt động cân băng 2.Tính chọn loadcell cân băng tải .2 Tính chọn động cơ, công suất đông cân băng tải Động xoay chiều ba pha 2.Tính chọn công suất động Chơng : Xây dựng hƯ ®iỊu khiĨn .1 CÊu tróc hƯ thèng ®iỊu khiĨn .2 Biến tần công nghiệp Toshiba Khái Quát biến tần Biến tần công nghiệp TOSHIBA a Mạch lực biến tần công nghiệp TOSHIBA b Các chế độ hoạt động c Cách sử dụng biến tần d Đặt thông số e Đặt phơng thức điều khiển .3 Vi sư lý - Giíi thiƯu hƯ vi sư lý 80c537 .4 Xây dựng hệ vi sử lý ngoại vi 1.Bo m¹ch chđ M¹ch encoder M¹ch lÊy tín hiệu Analog từ loadcell Mạch hiển Led bàn phím Mạch biến đổi D/A Mạch nguồn III.5 Phơng pháp lập trình cho vi điều khiển .6 Phần mềm nạp vào ROM, Thuyết minh Sinh viên thực hiện: Tạ Ngọc Duy CĐ TĐH K46 Đồ án tốt nghiệp : Cân băng định lợng CHơng : Tổng Quan cân băng định lợng .1 Tổng quan 1.Khái niệm cân băng định lợng Cân băng định lợng hệ thống cân băng tải động liên tục, thiết bị đầu vào nhiên liệu Phần 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 thị, hệ thống điều khiển Vi sử lý, phản hồi Cân băng định lợng giúp điều khiển phối lợng liệu cho phù hợp với yêu cầu công nghệ cách điều chỉnh tốc độ Có phản hồi vi sử lý để điều khiển biến tần, ổn định lợng liệu đă đặt 2.Cấu tạo cân băng định lợng 11 Sinh viên thùc hiƯn: 10 3 Duy C§ T§H K46 Tạ Ngọc Đồ án tốt nghiệp : Cân băng định lợng Hình 1.1 cấu tạo cân băng định lợng Phễu cung cấp nguyên liệu Bộ cảm biến trọng lợng loadcell Băng truyền, di chuyển lăn Tang truyền bị động Bulong tăng độ căng băng tải Tang truyền chủ động nối với động Động không đồng , chuyền động điều chỉnh tốc độ nhờ biến tần Sensor tốc độ hộp giảm tốc 10.Cảm biến vị trí 11 Gạt ®iỊu chØnh ®é cao cho liƯu øng dơng c«ng nghệ cân băng tải nhà máy đá Granite thiên thạch Sơ đồ phối liệu.: Xilo bột màu Các băng tải dẫn truyền Thực phối liệu Máy ép gạch Cân băngSinh tải định lợnghiện: viên thực Loadcell Gia công Tạ Ngọc Duy CĐ TĐH K46 Đồ án tốt nghiệp : Cân băng định lợng Các xilo màu bên dới qua hệ thống băng truyền đa bột màu lên xilo phía trên, thời điểm xilo cho màu băng truyền, có nghĩa cần loại màu cho loại bột màu tơng ứng lên xilo bene Qua hệ thống gạt, bột màu đợc gạt vào xilo riêng rẽ Hệ thống cân băng đinh lợng ®iỊu chØnh tèc ®é ®Ĩ phèi mµu cho phï hợp với công nghệ đặt cho loại gạch cảm biến loadcell Cảm biến loadcell thiết bị đặt dới băng tải để đo trọng lợng vật liệu băng tải đầu dạng áp huặc dòng tuỳ loại loadcell Nhờ cảm biến này, sau đà chuẩn hoá ta có lợng điện áp tơng ứng để truyền vi sử lý, sử lý thông tin Tế bào cân đo trọng lợng hệ thống cân định lợng có hai loại, SFT TENZOMET Sinh viên thực hiện: Tạ Ngọc Duy CĐ TĐH K46 Đồ án tốt nghiệp : Cân băng định lợng a.Nguyên lý tế bào cân số SFT Tải trọng cần đo Ngỡng hạn chế Cảm biến nhiệt độ Dây rung Bộ chuyển đổi N N Bộ xử lý S nguyên lý Stế bào cân SFT Hình .2 Sơ đồ Đầu đo trọng lợng nơi đặt tải cần đo, truyền lực tác động trực tiếp tải lên dây dẫn đặt từ trờng không đổi làm thay đổi sức căng dây dẫn làm cho dây dao động, dao động dây làm thay đổi sức căng dây dẫn từ trờng sinh sức điện động cảm ứng Sức điện đông tỉ lệ chặt chẽ với tải trọng đầu cân Đầu cảm biến nhiệt độ để xác định nhiệt độ môi trờng để thực việc chỉnh định phần tử SFT phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ Bộ xử lý để xử lý tín hiệu thu đợc tín hiệu bên theo phơng thức truyền tin nối tiếp b Nguyên lý tế bào cân TENZOMET R-R UN R+R Ura R+R R-R Hình .3 Sơ đồ nguyên lý cầu Tenzomet Tế bào cầu Tenzomet cân theo nguyên lý cầu trở, giá trị điên trở nhánh cầu thay đổi ngoại lực tác động lên cầu Sinh viên thực hiện: Tạ Ngọc Duy CĐ TĐH K46 Đồ án tốt nghiệp : Cân băng định lợng Khi có nguồn cung cáp không đổi UN hai đờng chéo thu đợc tín hiêu thay đổi theo tải trọng Khi cầu cân Ura = Khi cầu điện trở thay đổi trọng lợng vạt thay đỏi: Ura=(UN*R)/R Với R tỉ lệ với khối lợng băng, ta lấy tín hiệu khuyếch đại råi cho qua bé ®ỉi A/D råi gưi vỊ bé vi xử lý .2 Nguyên lý tính toán lu lợng cân băng tải Nguyên lý đo lu lợng P : trọng lợng liệu V : tốc độ lợng liệu Để đảm bảo ổn định lu lợng Q cho trình công nghệ, từ phối liệu để làm nên sản phẩm, ta có hai cách : - Điều chỉnh cho P cung cấp không đôỉ, có nghĩa cách đó, ta làm cho khối lợng khỏi xilo xuống băng tải không đổi, phơng pháp thờng áp dụng cho vật liệu mịn nhỏ Có ba phơng pháp điều chỉnh cấp liệu cho băng cân + Cấp liệu gián đoạn: dïng sensor ph¸t hiƯn møc cđa vËt liƯu + CÊp liệu liên tục: Sử dụng điều chỉnh PID để điều chỉnh thiết bị cấp liệu, thiết bị van cấp liệu huặc van quay + Kết hợp hai phơng pháp - Điều chỉnh tốc độ động Thay đôỉ vận tốc băng tải để đảm bảo lu lợng không đổi + Ta dùng động chiều với băm xung áp để điều chỉnh tốc độ (Hệ T - Đ), huặc dùng hệ máy phát - động (F-Đ) + Ta dùng động xoay chiều ba pha với biến tần Ngày nay, với công nghệ biến tần phát triển, việc dùng biến tần với động xoay chiều ba pha trở lên có nhiều u điểm, độ điều chỉnh không dùng động chiều nhng dùng phơng pháp động rẻ sẵn có hơn, thay mua dễ dàng, kết Sinh viên thực hiện: Tạ Ngọc Duy CĐ TĐH K46 Đồ án tốt nghiệp : Cân băng định lợng nối biến tần với vi s lí dễ dàng Trong đồ án ta dùng hệ động pha biến tần(biến tần gián tiếp ) Để có độ xác dải điều chỉnh lu lợng cao cần phải kết hợp điều chỉnh tốc độ động điều chỉnh lu lợng liệu đổ xuống băng, đồ án đề cập đến điều chỉnh tốc độ động Để tính đợc lu lợng vật liệu băng cân, ta dùng cảm biến đo trọng lợng loadcell gắn giá mang lăn chịu tải Trọng lợng vật liệu băng cân đợc loadcell chuyển thành tín hiệu điện đa xử lí để tính toán lu lợng Để xác định lu lợng liệu tải thời điểm đổ liệu cần xác định đồng thời vận tốc dài băng cân trọng lợng liệu đơn vị chiều dài băng cân Tốc độ đợc đo cảm biến tốc độ liên động với trục phụ băng cân Lu lợng Q (kg/s) tích số vận tốc băng khối lợng kg/m đo từ loadcell Q = *V Trọng lợng đo đợc nhờ tín hiệu từ loadcell Tín hiệu đa dạng áp qua biến đổi A/D biểu thị cho trọng lợng băng tải đơn vị dài Loadcell đo tải trọng đơn dài băng tải (đơn vị: Kg/m) = (2*FC )/(L*G) Kg/m L: Chiều dài cầu cân G: Gia tốc trọng trờng : Tải trọng băng tải thời điểm đo Q = *V = (2*FC )/(L*G)*V Tính toán ổn định lu lợng cân băng tải Cân băng tải đo tải trọng băng truyền điều chỉnh tốc băng đảm bảo lu lợng thời điểm đổi liệu không đổi QĐ Khi có chênh lệch không với lu lợng đặt vi sử lí có tín hiệu điều chỉnh đa vào biến tần để điều chỉnh động Cân băng tải thực cân băng ổn định rốc độ theo nguyên tắc tích phân, lấy giá trị trung bình chu kì lấy mẫu T ứng với phân đoạn băng tải để so sánh với lợng đặt, từ đa tín hiệu điều khiển biến tần, với chu kì lấy mẫu nhỏ độ xác ổn định lu lợng cao nhng có nghĩa phải đa tín hiệu điều khiển biến tần nhiều Nếu có chênh lệch lần đo chắn độ nhạy động đáp ứng Sinh viên thực hiện: Tạ Ngọc Duy CĐ TĐH K46 Đồ án tốt nghiệp : Cân băng định lợng Trong đồ án ta lấy chu kỳ lấy mẫu tÝch ph©n T sè xung tõ encoder T T Q ∗d = ∫ ∫ λ∗v∗d t tt t T Qtb = T Lu lỵng tøc thời phân đoạn băng tải đợc đa điều khiển qua loadcell để xác đinh lu lợng trung bình chu kì lấy mẫu Qtb sau chu kỳ đợc so sánh với QĐ (Lu lợng đặt) Từ đa tín hiệu điều khiển biến tần Nguyên tắc trừ bì Trọng lợng đo từ loadcell bao gồm trọng lợng băng tải trọng lợng vật liệu, chình phải tiên hành trừ bì, tức trừ trọng lợng băng tải Bộ vi sử lí ®o ®ỵc tÝn hiƯu tõ loadcell vỊ sÏ tù ®éng trừ bì theo nguyên tắc nh sau: Cho băng tải chạy không tải, trọng lợng phân đoạn băng tải đợc ghi vào nhớ, vận hành, lấy trọng lợng đo đợc phân đoạn trừ lợng bì tơng ứng với băng tải nhớ Điều đảm bảo xác trờng hợp băng tải không chiều dài Xác định trợt băng tải Khi trừ bì, vấn đề đặt phải đảm bảo trừ bì đoạn băng tải tơng ứng, không kết sai bét Điều thực nhờ cảm biến Belt index đợc gắn băng tải Khi ghi trọng lợng bì vào nhớ nh cân băng hoạt động phải gặp cảm biến Belt index bắt đầu thực hiện, điều đảm bảo cho đồng liệu Khi xác định độ lệch, cho băng tải chạy không tải so sánh liệu hai lần quay, có sai lêch tức đà có trợt băng tải cần phải ghi lại lợng bì, nguyên nhân có trợt băng tải, cần phải báo động để căng lại , kiểm tra lại băng tải .3 Tính toán riêng cho băng tải nhiệm vụ đồ án Trong đồ án này, cảm biến belt index băng tải không tiến hành trừ bì theo nguyên lý trên, để đơn giản, ta đa lợng bì vào hệ số Km để tính ổn định lu lợng tải Qtt = Q = Km**KV*V Sinh viên thực hiện: Tạ Ngọc Duy CĐ TĐH K46 Đồ án tốt nghiệp : Cân băng định lợng T T Q d = K Kalignl¿ V ¿ ¿∗Δλ∗Δv∗d t ¿ ∫ tt t T ∫0 m Qtb = T - : Khối lợng tải đơn vị dài băng tải thời điểm đo tức thời lấy từ loadcell - V: Vận tốc tức thời thời điểm đo Lợng lấy qua encoder - Km : Là hệ số trọng lợng (chỉnh định, bao gồm yếu tố trọng lợng băng tải) - KV : Là hệ số tốc độ Với Encoder đo đợc 100 xung với vòng quay đếm xung n= 60 60V 60V = = 2π π∗R πD D : chuvi Puli bị động Encoder đo thời gian t xung encoder xung phơng pháp so sánh liên tục xung từ encoder xung hệ thống kÕt hỵp couter, t = (sè xung clock) x (thêi gian xung ) :s Encoder Clock VËy mét vßng hết thời gian 100t (s) Vbăng tải = *D/100t (m/s) T chu kú lÊy tÝch ph©n sÏ lÊy bội số t Tuỳ độ xác cần thiết mà ta lấy chu kì lấy mẫu T lớn hay nhỏ Chơng Thiết kế động lực cho cân băng tải có suất 50 100 T/h.100 T/h .1 Kết cấu động học cân băng Sơ đồ: Nạp liệu Chặn liệu Sinh viên thực hiện: Loadcell Hộp giảm tốc Tạ Ngọc DuyntCĐ TĐH K46 Động nđ