Cân băng sử dụng điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ bằng biến tần

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Chương I: KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH CƠNG NGHỆ VÀ U CẦU VỚI HỆ TRUYỀN ĐỘNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG 1.1 Mơ tả q trình cơng nghệ hệ thống cân băng định lượng 1.2 Nguyên lí hoạt động cân băng định lượng 1.3 Nguyên tắc trừ bì 1.4 Phát trượt băng 1.5 Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển máy tính 1.5.1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống cân 1.5.2 Cấu trúc điều khiển cân 1.5.3 Luật PID điều khiển máy tính CHƯƠNG II: CÁC THIẾT BỊ CHÍNH VÀ CÁC PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG CÂN BĂNG TẢI 2.1 2.1.1 Khái niệm cân băng định lượng công nghiệp…………………… 2.1.2 Cấu tạo hệ thống cân băng định lượng…………………………………… 2.1.3 Kết cấu động học cân băng định lượng………………… 2.1.4 Nguyên lý hoạt động cân báng định lượng…………………………… 2.2 Ngun lý tính tốn lưu lượng cân băng định lượng 2.2.1 Nguyên lý tính lưu lượng………………………………………………… 2.2.2 Đo trọng lượng liệu băng tải………………………………………… 2.2.3 Phát trượt băng………………………………………………… 2.3 Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển máy tính 2.3.1 Sơ đố cấu trúc hệ thống cân……………………………………………… 2.3.2 Cấu trúc điều khiển cân………………………………………………… 2.3.3 Luật điều khiển PID thực máy tính……………………… CHƯƠNG III TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ TRUYỀN ĐỘNG VÀ ĐIỀU KHIỂN TRONG HỆ THỐNG 3.1 Tính tốn mơmen phụ tải 3.1.1 Phân tích momen tác động lên hệ thống……………………… 3.1.2 Giản đồ phụ tải……………………………………………………… 3.2 Chọn phương án truyền động 3.2.1 Giới thiệu động không đồng bộ…………………………………… 3.2.2 Khảo sát hệ truyền động xoay chiều…………………………………… 3.2.3 So sánh phương án khả thi………………………………………… 3.3 Tính chọn cơng suất động 3.3.1 Sơ đồ cấu trúc truyền động……………………………………………… 3.3.2 Tính chọn cơng suất động cơ……………………………………………… 3.3.3 Dải điều chỉnh tốc độ……………………………………………………… 3.4 Tính chọn biến tần 3.5 Tính chọn Loadcell CHƯƠNG IV TỔNG HỢP MẠCH ĐIỀU KHIỂN 4.1 Cấu trúc hệ thống điều khiển LỜI NÓI ĐẦU Trong trình sản xuất tạo sản phẩm, khâu định lượng đóng vai trị quan trọng, nhằm xác định xác khối lượng nguyên vật liệu, bán thành phẩm sản phẩm Các thiết bị định lượng có mặt hầu hết cơng đoạn q trình sản xuất: cung ứng tồn trữ nguyên vật liệu, cấp vật liệu cho giai đoạn công nghệ, định lượng đóng gói sản phẩm Ngồi q trình sản xuất địi hỏi tính liên tục, pha trộn ngun liệu có độ xác, phải thấy cân khối lượng nguyên vật liệu vận chuyển theo u cầu thành phẩm.Chính vai trị băng tải nhà máy công nghiệp vô quan trọng, giúp cho nhà máy hoạt động cách liên tục Các hệ cân băng định lượng trước thường sử dụng hệ thống rung, ngày hầu hết sử dụng hệ thống điều khiển lưu lượng cách điều khiển tốc độ động theo lưu lượng vật liệu băng tải, nhờ độ xác cải thiện đáng kể nâng cao chất lượng sản phẩm Trên thực tế sử dụng nhiều loại cân băng định lượng, em nêu loại cân băng điển hình sử dụng phổ biến nay, “Cân băng sử dụng điều khiển tốc độ động không đồng biến tần” sử dụng Nhà máy chế biến nông sản Bắc Ninh Với đề tài nội dung đồ án em chia thành phần: Chương I: Giới thiệu công nghệ yêu cầu với hệ thống truyền động cân băng định lượng Chương II: Tính chọn cơng suất động phương án truyền động hệ thống cân băng định lượng Chương III: Cấu trúc hệ truyền động cách cài đặt biến tần ACS550 Chương IV: Điều khiển cân băng định lượng dùng PLC biến tần Trong trình làm đồ án,với hướng dẫn tận tình Nguyễn Phạm Thục Anh giúp em hoàn thành đồ án Tuy nhiên, thời gian có hạn khả cịn hạ chế nên chắn khơng thiếu khỏi sai sót, em mong đóng góp ý kiến thầy cô giáo bạn đọc Hà Nội ngày tháng năm 2009 Sinh viên thực Đào Thị Thu CHƯƠNG GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ VÀ YÊU CẦU VỚI HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG 1.1 KHÁI NIỆM VỀ HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG 1.1.1 Khái niệm cân băng định lượng Cân băng định lượng khâu giây truyền công nghệ nhằm cung cấp xác luợng nguyên liệu cần thiết cho nhà máy, lượng nguyên liệu lập trình cài đặt giá trị trước Khi mà lượng nguyên liệu băng tải vận chuyển với lưu lượng nhiều thiết bị tự động sẻ tự động điều khiển cho động quay với tốc độ chậm lại phù hợp với yêu cầu Điều thể nhà máy xi măng, nhà máy chế biến thức ăn gia súc, nhà máy chế biến thực phẩm, nơng sản… Các băng tải đóng vai trị vận chuyển nguyên vật liệu, thành phẩm thay cho sức người phương tiện vận chuyển động khác Trong khuôn viên nhà máy, phân xưởng để vận chuyển vật liệu từ nơi khai thác, bến nãi tập kết kho chứa nguyên vật liệu để phục vụ cho trình sản xuất Hình1.1 Mơ hình thực tế cân băng định luợng nhà máy 1.1.2 Vai trò hệ thống cân băng định lượng Việc đảm bảo chất lượng cho sản phẩm đầu chuyển sản xuất Yêu cầu đặt sản phẩm phải có chất lượng mẫu mã giống Vì vậy, nhà sản xuất phải nắm bắt kiểm sốt thơng số kỹ thuật, tỷ lệ pha trộn phối liệu xác Việc điều chỉnh thơng số đầu vào đầu yêu cầu phải đẽ thực thuận lợi cho người sản xuất người điều khiển trung tâm Trong công nghệ chế biến nông sản cơng đoạn định lượng phối liệu đóng vai trị quan trọng, định chất lượng sản phẩm Người ta sử dụng hệ thống cân băng định lượng cho công đoạn phối liệu định lượng sản phẩm Để điều chỉnh tỷ lệ pha trộn nguyên liệu xác thay đổi suất dễ dàng 1.2 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG Băng tải thiết bị vận chuyển liên tục dung để vận chuyển hàng dạng cục, hạt có kích thước nhỏ theo lưu lượng phương nằm ngang theo mặt phẳng nghiêng (góc nghiêng khơng lớn 30 độ) Bộ phận phát tín hiệu cân băng định lượng cảm biến nhạy với trọng lượng tải Tín hiệu từ cảm biến đưa trở điều khiển hệ thống điều chỉnh tốc độ động kéo băng tải Kết cấu băng tải mô tả sau: Hình 1.2 Cấu tạo băng tải Kết cấu băng tải bao gồm phận sau : + Động + Hộp số + Puly chủ động + cảm biến trọng lượng LoadCell + Băng tải + Phễu + Cơ cấu cân định lượng Vật liệu rắn tháo từ Silo Bề dày vật liệu băng thường trải để đảm bảo mức chịu tải băng tải không thay đổi Để xác định lưu lượng liệu chuyển tới nơi đổ liệu phải xác định đồng thời vận tốc băng tải trọng lượng vật liệu đơn vị chiều dài Trong tốc độ băng tải đo cảm biến tốc độ có liên hệ động học với động cơ, trọng lượng liệu đo cảm biến trọng lượng (loadcell) gắn giá mang nhiều lăn Trọng lượng vật liệu băng loadcell chuyển thành tín hiệu điện đưa xử lý để tính tốn lưu lượng Lưu lượng vật liệu đạt thông qua việc điều chỉnh tốc độ băng tải Giá trị lưu lượng vật liệu băng tải phụ thuộc vào hai yếu tố: - Thứ là: độ dày lớp liệu băng tải hay gọi mật độ liệu băng tải - Thứ hai : Tốc độ chuyển động băng tải Ta có: Q = khc.mvl.v (1-5) Trong đó: Q – Lưu lượng vật liệu băng tải khc - Hệ số tỷ lệ v - Vận tốc băng tải (đuợc đo thông qua tốc độ động cơ),[m/s] mvl - Khối lượng vật liệu tính đơn vị chiều dài [kg/m] tính sau: mvl = msan / Leff (1-6) Trong đó: Leff - Khoảng cân [m] msan - Tải trọng sàn Như vậy, để đo lưu lượng vật liệu băng tải phải đo hai thông số: tốc độ băng tải mật độ liệu 1.2.1 Cấu tạo cân băng định lượng: Hình 1.3 Cấu tạo cân băng định lợng Kt cấu băng tải cố định biểu diễn hình1.3 Băng tải chở hàng di chuyển lăn đỡ (con lăn tải) lăn đỡ (con lăn hồi trả) Ngồi ra, cịn có lăn chế tạo với độ bền khí cao, chịu va đập tốt, nằm phễu xả liệu, gọi lăn chịu va đập Các lăn, kẻ lăn chịu va đập lắp khung làm giá đỡ Truyền động đo băng tải nhờ hai tang (pulley): tang chủ động tang bị động hay puli đầu puli đuôi Puli đầu gá chặt giá đỡ nối với trục động truyền động qua hộp giảm tc Hình 1.4 Kết cấu bên cân băng định lợng C cu cm bin trng lng l mt khung treo có đối trọng đặt phía băng tải treo vào khung bàn cân nhờ cấu nhíp Khoảng vật liệu có tác dụng lên đầu cân (khoảng cân) nằm hai lăn đỡ trọng lượng vật liệu tác dụng trực tiếp lên băng 1.2.2 Các nguyên lý cân băng định lượng: Nguyên lý hoạt động: Nguyên liệu từ két chứa liệu theo phễu đổ liệu đổ xuống băng chuyền, chiều dày lớp liệu điều chỉnh nhờ chốt gạt liệu Trọng lượng liệu băng xác định nhờ Loadcell đặt mặt băng Tốc độ động quay băng xác định nhờ máy phát tốc gắn trục động Tín hiệu trọng luợng vận tốc truyền máy tính xử lý tính tốn xác định lưu lượng tức thời, so sánh với lưu lượng đặt qua thơng qua biến tần máy tính điều chỉnh tốc độ động để ổn định lưu lượng tức thời với lưu lượng đặt yêu cầu Hình 1.5 Nguyên lý cân băng tải Tốc độ dòng nguyên liệu (thể rắn) xác định điều chỉnh cách đưa nguyên liệu cấp lên băng tải, xác định điều chỉnh tốc độ động quay băng tải Tuy nhiên, có trượt băng băng tải tang quay chủ động gây nên sai lệch tốc độ băng tải tốc độ động (đã qua hộp số) Để xác định xác tốc độ băng tải, máy phát tốc liên động trực tiếp với truyền động băng tải Khối lưọng đơn vị chiều dài băng tải điều chỉnh thiết bị cung cấp nguyên liệu từ phễu xuống băng tải Đơn giản, thiết bị cửa mà độ mở điều chỉnh điều chỉnh Q Khi mật độ nguyên liệu không đổi, khối lưọng nguyên liệu đơn vị chiều dài băng tải tỉ lệ với độ dày dòng nguyên liệu, độ dày quy định gạt gắn băng tải Mật độ khối lượng nguyên liệu phụ thuộc vào độ lớn hạt, áp suất đè lên vào thời gian mà đống nguyên liệu chịu tác động rung lắc Tín hiệu đo lường khối lượng nguyên liệu đơn vị chiều dài băng tải tín hiệu khơng đồng mặt thơi gian Để phép đo xác cảm biến lượng bố trí băng tải (vì nằm gần hai đầu băng tải chịu tác động nhiễu lực căng băng tải va nhiễu năng) Trong lưu lượng dịng nguyên liệu hệ thống cân băng định lương cấp cần điều chỉnh đầu cuối băng tải nơi nguyên liệu vào băng tải Vì có sai lệch thời gian tín hiệu đo lường ( gian trễ gây nên thiết bị đo truyền tin) Hệ thống cân băng định lượng nằm dây chuyền cơng nghệ, phải đảm bảo sư liên động toàn dây chuyền, Hệ thống cân băng định lượng cung cấp nguyên liệu hệ thống nhận lượng nguyên liệu hoạt động, phép dừng nhận nguyên liệu hệ thống cung cấp nguyên liệu cho hệ thống ngừng cung cấp nguyên liệu cho Nguyên lý thành phần cân băng định lượng: Trọng lượng đo cầu cân bao gồm trọng lượng băng tải trọng lượng vật liệu băng để có trọng lượng thực liệu ta phải trừ trọng lượng băng Trọng lượng băng xác định chỉnh không băng tải Cụ thể là: Ở mặt băng tải người ta gắn vào kim loại có đầu dị kiểu cảm ứng phát tín hiệu cảm nhận kim loại Bộ điều khiển đồng tín hiệu tín hiệu phát kim loại với tín hiệu phát xung từ giám sát tốc độ gắn trục động ,bắt đầu từ vị trí chuẩn lim loại băng để xác định vị trí xác băng tải sau hai lần gặp kim loại tức băng tải phải vòng số xung từ giám sát tốc độ phát đồng hoá tính phân đoạn băng tương ứng Các phân đoạn thông thường dài 4cm Khi thao tác chỉnh khơng tức băng tải rỗng trọng lượng ,vị trí phân đoạn băng tải ghi vào nhớ điều khiển Khi chạy có tải trọng lượng phân đoạn đưa vào điều khiển tự trừ trọng lượng bì ghi nhớ Điều đảm bảo độ xác trọng lượng sử dụng băng tải mà tồn chiều dài băng tải có độ dày mỏng khơng băng dừng vị trí ghi nhớ nhớ lần khởi động sau khởi tạo trừ bì Trong qúa trình vận hành lí mà độ dài lí thuyết băng lớn thực tế xảy tượng trượt băng băng dừng tính tổng phải hiệu chỉnh lại Mặt khác, băng làm việc chế độ khơng tải số phân đoạn vị trí phân đoạn nhớ vào nhớ vận hành có tải số phân đoạn thực tế băng hai lần trở sắt gắn băng tải đưa điều khiển so sánh với số phân đoạn nhớ chạy khơng tải Nếu kết qủa có sai khác xuất hiện tượng lệch băng tính tổng dừng lại Điều tránh lỗi tính tổng trọng lượng 1.3 CÁC YÊU CẦU CÔNG NGHỆ CỦA HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LUỢNG Mục đích hệ thống cân băng định lượng điều khiển lưu lượng vật liệu bănng tải theo giá trị đặt cho trước thông qua điều khiển tốc độ động Như vậy, mạch vịng điều chỉnh dịng điện, tốc độ cịn có thêm mạch vòng điều chỉnh lưu lượng 1.3.1 Yêu cầu điều khiển: - Điều khiển tốc độ động cho lưu lượng vật liệu băng tải bám theo lưu lượng đặt Động hoạt động tốc độ - Vùng điều chỉnh tốc độ không lớn - Độ xác điều khiển cao tốt - Hệ thống phải đáp ứng nhanh cành tốt 1.3.2 Yêu cầu phụ tải: Đặc tính máy sản xuất biểu diễn dạng tổng quát: M c M co   M dm     M co     dm  Trong đó: Mc0 – Mơmen ứng với tốc độ  = Mđm – Mômen ứng với tốc độ định mức dm Mc – Mômen ứng với tốc độ   (1-1) [Nm] [Nm] [Nm] Với băng tải  0 M c M dm const Ta thấy phụ tải hệ truyền động băng tải thay đổi q trình làm việc Biểu đồ cơng suất mơmen cản tĩnh cho hình 1.6 sau: 10