nghiên cứu thiết kế chếtạo hệ thống tự động kiểm tra và xác định khối lượng sản phẩm dạng bột trong các hệ thống si lô hình trụ bằng môttơ cảm biến tom tat

VIỆN MÁY VÀ DỤNG CỤ CÔNG NGHIỆP PHÂN VIỆN MÁY VÀ DỤNG CỤ CÔNG NGHIỆP TẠI TP.HCM. o0o BÁO CÁO TÓM TẮT ĐỀ TÀI. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG KIỂM TRA VÀ XÁC ĐỊNH KHỐI LƯNG SẢN PHẨM DẠNG BỘT TRONG CÁC HỆ THỐNG SI LÔ HÌNH TRỤ BẰNG MÔTƠ CẢM BIẾN. Cơ quan chủ quản: Sở Khoa học và Công nghệ Tp.HCM Cơ quan chủ trì: PHÂN VIỆN MÁY VÀ DCCN Chủ nhiệm đề tài: KS. Nguyễn Văn Ân Đòa chỉ: 275 Hùng Vương, F9, Q6, Tp. Hồ Chí Minh TP.HỒ CHÍ MINH – 06/ 2007 VIỆN MÁY VÀ DỤNG CỤ CÔNG NGHIỆP PHÂN VIỆN MÁY VÀ DỤNG CỤ CÔNG NGHIỆP TẠI TP.HCM. o0o BÁO CÁO THỰC HIỆN ĐỀ TÀI. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG KIỂM TRA VÀ XÁC ĐỊNH KHỐI LƯNG SẢN PHẨM DẠNG BỘT TRONG CÁC HỆ THỐNG SI LÔ HÌNH TRỤ BẰNG MÔTƠ CẢM BIẾN. Cơ quan chủ quản: Sở Khoa học và Công nghệ Tp.HCM Cơ quan chủ trì: PHÂN VIỆN MÁY VÀ DCCN Chủ nhiệm đề tài: KS. Nguyễn Văn Ân Đòa chỉ: 275 Hùng Vương, F9, Q6, Tp. Hồ Chí Minh TP.HỒ CHÍ MINH – 05/ 2007 1 DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN. Stt Họ và Tên Học vò/ chức danh khoa học Ngành chuyên môn Cơ quan công tác Ghi chú 1 NGUYỄN VĂN ÂN Kỹ sư Chế tạo máy PHÂN VIỆN MÁY VÀ DCCN. 2 LÊ THANH SƠN Kỹ sư Chế tạo máy PHÂN VIỆN MÁY VÀ DCCN. 3 NGUYỄN MINH KỲ Thạc só Chế tạo máy PHÂN VIỆN MÁY VÀ DCCN. 4 PHAN PHỤNG THÀNH Kỹ sư Chế tạo máy PHÂN VIỆN MÁY VÀ DCCN. 5 DƯƠNG TRUNG HẢI Kỹ sư Tự động hoá PHÂN VIỆN MÁY VÀ DCCN. 6 LÊ THANH PHƯƠNG Thạc só Tự động hoá PHÂN VIỆN MÁY VÀ DCCN. 7 LÊ TRƯƠNG Kỹ sư Tự động hoá ĐHBK Tp.HCM. 2 MỤC LỤC Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Tình hình sử dụng hệ thống đo mức và báo khối lượng ở trên thế giới 4 1.2 Tình hình sử dụng hệ thống đo mức và báo khối lượng ở Việt Nam 6 1.3 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu. 6 Chương 2 ĐẶC TRƯNG CỦA VẬT LIỆU RỜI 2.1 Tính chất cơ lý của vật liệu rời. 8 2.2 Vật liệu hạt và khối hạt 9 2.3 Tính chất cơ lý của vật liệu ximăng trong silô 16 Chương 3 THỂ TÍCH – KHỐI LƯNG VẬT LIỆU TRONG SILÔ. 3.1 Các dạng silô thường gặp trong thực tế. 20 3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sai số đo khối lượng ximăng trong silô. 22 3.3 Giải pháp công nghệ 26 3.4 Xác đònh thể tích – khối lượng của khối hạt trong silô. 26 Chương 4 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO KHỐI LƯNG TRONG SILÔ. 4.1 Lựa chọn phương án thiết kế hệ thống đo 35 4.2 Tính toán các thiết bò trong hệ thống đo 42 4.3 Bản vẽ kỹ thuật (xem phụ lục) 54 Chương 5 HỆ ĐIỀU KHIỂN VÀ CHƯƠNG TRÌNH TÍNH KHỐI LƯNG. 5.1 Cấu trúc hệ thống 55 5.2 Chương trình điều khiển thu thập. 65 5.3 Bản vẽ và phần mềm điều khiển thu thập: (xem phụ lục). 71 3 Chương 6 KHẢO NGHIỆM TRÊN MÔ HÌNH. 6.1 Mục đích 72 6.2 Quy trình thực hiện khảo nghiệm 72 Chương 7 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 7.1 Nội dung nghiên cứu đạt được 78 7.2 Hướng phát triển tiếp theo của đề tài 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 PHỤ LỤC ĐỀ TÀI. 1 Bản vẽ thiết kế (bản vẽ phần điện - cơ khí). 2 Hình ảnh thiết bò tại mô hình và công trường sản xuất. 3 Phần mềm điều khiển. 4 Chương 1 TỔNG QUAN Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, sự cạnh tranh của các sản phẩm ngày một gay gắt. Những yêu cầu về chất lượng, năng suất và giá thành sản phẩm là nhân tố cơ bản để lựa chọn một sản phẩm nói chung và một hệ thống đo và xác đònh khối lượng vật liệu rời trong silô nói riêng là phải phù hợp. Hệ thống đo mức và xác đònh khối lượng vật liệu rời trong silô là một đề tài quan trọng và ứng dụng nhiều trong ngành xây dựng, chế biến nông sản. 1.1 Tình hình sử dụng hệ thống đo mức và báo khối lượng ở trên thế giới. Ở các nước phát triển như: Đức, Ý, Nhật, Mỹ thì thiết bò báo mức và đo khối lượng vật liệu rời trong silô là rất cần thiết. Những thiết bò mà các nước phát triển đang sử dụng là: thiết bò siêu âm, thiết bò laser, đầu đo lực (loadsell), v.v… Đây là những thiết bò hiện đại. Mỗi loại có những ưu nhược điểm và mục đích sử dụng khác nhau. Hai loại thiết bò đang sử dụng phổ biến hiện nay là: thiết bò siêu âm và thiết bò laser. - Thiết bò siêu âm: là loại thiết bò hiện đại và được sử dụng rấtù phổ biến trong hệ thống silô chứa xi măng, tro bay, pozolan v.v…. Phương pháp đo mức bằng siêu âm là xác đònh khoảng cách từ đỉnh silô đến mặt thoáng của vật liệu trong silô. Từ đó sẽõ xác đònh thể tích và khối lượng vật liệu chứa trong silô. 5 Hình 1.1 Hệ thống đo mức bằng siêu âm trong silô. 1- Đầu đo siêu âm. 2- Bộ xử lý tín hiệu và báo kết quả. Các hãng chế tạo thiết bò siêu âm dùng để đo mức trong silô là: PARKER JINYOUNG LTD - Hàn Quốc, VEGASON – Anh Quốc với khoảng cách đo của từ 0,1 ÷ 70 mét. - Thiết bò laser: Về cơ bản, nguyên lý đo khoảng cách vật liệu rời trong silô bằng laser giống như nguyên lý đo khoảng cách vật liệu rời trong silô bằng siêu âm nhưng khác nhau là thiết bò sử dụng. 1 2 1 2 3 6 Hình 1.2 Mô hình và thiết bò đo mức bằng laser. 1: Thiết bò đo nhiệt độ. 2: Thiết bò đo độ ẩm. 3: Thiết bò đo mức bằng laser. Các hãng chế tạo thiết bò laser dùng để đo mức trong silô là: Acuity - USA, Tool-UP – Anh Quốc với khoảng cách đo có thể đạt 60 mét. 1.2 Tình hình sử dụng hệ thống đo mức và báo khối lượng ở Việt Nam. Trong tình hình hiện nay ở Việt Nam, hệ thống silô chứa vật liệu rời như: tro bay, ximăng được sử dụng rất nhiều ở các công trình xây dựng. Hệ thống báo mức và xác đònh khối lượng vật liệu rời trong silô chủ yếu là có hai loại: đó là thiết bò đo mức bằng siêu âm và thiết bò đo mức bằng laser nhưng được sử dụng rất ít vì: phải nhập ngoại với giá thành rất đắt, chi phí sử dụng cao, bảo trì bảo quản khó khăn đặt biệt là ở khí hậu Việt Nam v.v… Trong các silô chứa hiện nay, mô tơ cảm biến đang được sử dụng đo mức của vật liệu rời trong silô rất rộng rãi và đã được thương mại hoá ở nhiều nước trong đó có Việt Nam. Tuy nhiên mô tơ cảm biến hiện nay chỉ báo mức đầy và mức hết. 1.3 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu. 1.3.1 Mục tiêu của đề tài: Hiện nay môtơ cảm biến chỉ dùng để đo được hai mức là: mức đầy và mức hết. Trong tình hình phát triển khoa học như hiện nay thì vấn đề này không còn phù hợp. Mặc khác, hầu như chưa có đơn vò nào đầu tư nghiên cứu đưa vào sử dụng trong khi nhu cầu sử dụng rất cao. Chính vì vậy, mục tiêu của đề tài là nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống tự động xác đònh mức và khối lượng vật liệu rời bên trong silô tại các vò trí và thời điểm bất kỳ mà người sử dụng cần bằng mô tơ cảm biến. 1.3.2 Nội dung nghiên cứu của đề tài: 7 Mô hình mà chúng tôi dự đònh nghiên cứu là: Động cơ hộp số truyền động làm trục tang quay, encoder được lắp đồng trục với trục tang. Mô tơ cảm biến được đặt trong hộp bảo vệ kín. Khi trục tang quay thì mô tơ cảm biến được nâng lên và hạ xuống theo yêu cầu thông qua sự điều khiển của máy tính. Hiện nay có rất nhiều loại vật liệu rời, do nhu cầu cấp bách của thực tế nên đề tài giới hạn nghiên cứu với vật liệu rời điển hình là ximăng. Đề tài nghiên cứu bao gồm các nội dung sau: - Tính chất cơ lý của vật liệu rời. - Quá trình cấp và thoát vật liệu silô, v.v… để xác đònh đường cong phân bố của mặt thoáng (tức là mặt trên cùng của vật liệu trong silô). - Các kết cấu cơ bản của silôâ gồm: các dạng nắp, thân và đề xuất cách lắp đặt thiết bò có tính khả thi. - Nghiên cứu các dạng mặt thoáng của vật liệu ở các vò trí trong silô. - Xác đònh công thức tính khối lượng ximăng còn lại trong silô ở các thời điểm bất kỳ. - Nghiên cứu các phương án thiết kế hệ thống đo bằng mô tơ cảm biến. - Xây dựng phần mềm và giao diện điều khiển, hiển thò các thông số về mức, khối lượng v.v…. và các tiện ích khác trong quá trình hoạt động của hệ thống đo này. - Nghiên cứu tích hợp bộ điều khiển toàn thiết bò. 8 Chương 2 ĐẶC TRƯNG CỦA VẬT LIỆU RỜI. 2.1 Tính chất cơ lý của vật liệu rời [9]. 2.1.1 Khối lượng riêng: là khối lượng của một đơn vò thể tích vật liệu không có lỗ rỗng (đơn vò là: Tấn/m 3 ;kg/dm 3 hoặc g/cm 3 ). Tuỳ từng loại vật liệu mà có những phương pháp xác đònh khối lượng riêng khác nhau. Đối với những vật liệu hoàn toàn đặc được xác đònh bằng cách cân và đo so với vật chuẩn. Đối với những vật liệu rỗng thì phải nghiền nhỏ < 0,2mm hoặc những hạt vật liệu bé hơn thì được xác đònh bằng phương pháp bình tỉ trọng. Người ta có thể dùng khối lượng riêng để phân biệt những loại vật liệu khác nhau, phán đoán một số tính chất của vật liệu và tính toán thành phần của một số loại vật liệu. 2.1.2 Khối lượng thể tích Khối lượng thể tích là khối lượng của một đơn vò thể tích vật liệu ở trạng thái tự nhiên (kể cả lỗ rỗng). Dựa vào khối lượng thể tích của vật liệu có thể phán đoán một số tính chất của nó như: cường độ chòu lực, độ rỗng v.v , để lựa chọn phương tiện vận chuyển , tính toán trọng lượng bản thân kết cấu v.v Khối kượng riêng và khối lượng thể tích của một số vật liệu rời xây dựng: Vật liệu Khối lượng riêng (Kg/m 3 ) Khối lượng thể tích (Kg/m 3 ) Ximăng 3050 - 3150 1100 - 1600 Tro khô 2000 400-600 Tro ướt 2400 700 Vôi tôi 1300-1400 500 [...]... trong nước và trong không khí 19 Chương 3 THỂ TÍCH – KHỐI LƯNG VẬT LIỆU TRONG SILÔ 3.1 Các dạng silô thường gặp trong thực tế Hiện nay, trong thực tế có rất nhiều dạng silô khác nhau Dưới đây là một số dạng silô thường gặp: 1 Bộ lọc (Thường là dạng lọc túi) 2 Silô 3 Ống cấp liệu 20 Hình 3.1 Silô hình trụ kích thước lớn nhỏ Hình 3.2 Silô hình trụ kích thước 21 Hình 3.3 Silô hình chữ nhật Trong đó, các. .. Mrong là Mr) Hình 3.8 Ximăng trong silô khi cấp ximăng vào silô nhỏ hơn mức O 29 3.4.2 Công thức tính khối lượng thể tích ximăng trong silô Khối lượng ximăng trong silô nằm ở hai phần (hình 3.9): + V1: thể tích phần hình trụ + V2: thể tích phần hình nón cụt Hình 3.9 Ximăng trong silô Công thức tính khối lượng ximăng trong silô: M đ = M tr + M c Khối lượng ximăng còn lại trong silô được xác đònh theo... ximăng trong silô S: Diện tích silô hdo: Chiều sâu đo (Chiều sâu đo là khoảng các từ vò trí O đến vò trí cần đo của vật liệu trong silô) 27 (a) (b) Hình 3.7 Ximăng trong silô ở vò trí đầy và lấy ra Ở hình 3.7 ta thấy: - Với hình 3.7a: • Mđ: là tổng khối lượng ximăng trong silô, bao gồm cả khối lượng phần hình trụ và hình côn Mđ là khối lượng đã biết trước, nghóa là: trước khi cấp ximăng vào silô thì... tế (mặt bằng, không gian công tác, lưu trữ, kết cấu, v.v ) Khi thiết kế silô nên thiết kế silô có hướng thoát liệu chính tâm và ở đáy vì tận dụng được góc chảy tự nhiên của vật liệu 22 3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sai số đo khối lượng ximăng trong silô Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến khối lượng thể tích ximăng trong silô, khối lượng ximăng trong silô phụ thuộc vào: nhiệt độ, độ ẩm, khối lượng thể... phẳng Lúc này các yếu tố gây ra sai số đo như: yếu tố mặt thoáng, yếu tố chọn điểm đo bằng không, chỉ còn một yếu tố là sai số về phân bố khối lượng thể tích theo chiều cao ximăng trong silô 3.4 Xác đònh khối lượng của ximăng trong silô 3.4.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến khối lượng ximăng trong silô Mđ ∈(ρ, S, hdo) Trong đó: Mđ: Tổng khối lượng ximăng trong silô (lúc silô đầy ximăng) ρ: Khối lượng thể tích... liệu có thể xác đònh bằng cách sàng (% lọt sàng) hay bằng khả năng lắng đọng v.v 2.2 Vật liệu hạt và khối hạt [9] Hạt vật liệu rời được đặc trưng bằng kích thước, hình dạng và khối lượng riêng của chúng Các hạt vật liệu đồng chất có khối lượng riêng bằng khối lượng riêng trong toàn khối 2.2.1 Hình dạng hạt 9 Hình dạng của một hạt vật liệu rời được biểu diễn bằng đại lượng gọi là thừa số hình dạng λ độc... lượng ximăng trong silô Độ ẩm tương đối trong lòng silô (ở giữa khối ximăng trong silô) nằm trong khoảng từ 2,5-3,5% Độ ẩm tăng thì khối lượng ximăng tăng và khối lượng thể tích giảm Tuy nhiên, trong khoảng độ ẩm từ 2,5-3,5% thì khối lượng thể tích ximăng thây đổi không đáng kể Vì vậy, ta coi như ảnh hưởng của độ ẩm đến khối lượng ximăng trong silô bằng không c Xét ảnh hưởng của khối lượng thể tích... r Trong đó: Mcl: Khối lượng ximăng còn lại trong silô Mr: Khối lượng ximăng lấy ra khỏi silô Mtr: Khối lượng ximăng ở phần hình trụ trong silô Mc: Khối lượng ximăng ở phần côn của silô • Xét phần thể tích V1 ta có: Ta thấy rằng ρH thây đổi theo chiều sâu đo (hdo), giả sử ρH và hdo có mối quan hệ tuyến tính theo đường thẳng Ta có điều kiện: 30 ⎧ ρ H = (1,1 ÷ 1,6 ); H ≤ 9 m ⎨ ⎩ ρ H = 1,6; H 〉 9 m Khối. .. đo Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đo như sau: a Xét ảnh hưởng của nhiệt độ (T) đến khối lượng ximăng trong silô Nhiệt độ trong lòng silô (ở giữa khối lượng ximăng trong silô) nằm trong khoảng từ 48 – 55OC (số liệu thực nghiệm) và nhiệt độ này luôn luôn không đổi Vì vậy, ta coi như ảnh hưởng của nhiệt độ đến khối lượng ximăng trong silô là không đáng kể b Xét ảnh hưởng của độ ẩm (ψ) đến khối lượng. .. hiện trong các silô chứa) - Áp suất trong khối hạt: Áp suất trong khối hạt theo phương pháp tuyến với áp suất tác động thì có giá trò cực tiểu Trong một khối hạt đồng nhất tỉ số giữa áp suất pháp tuyến và áp suất tác động bằng hằng số K’, đó là một thông số đặt trưng cho vật liệu K’ tuỳ thuộc vào hình dạng và khuynh hướng lồng vao nhau của các hạt, vào tính kết dính giữa các bề mặt các hạt và mật độ nén . sai số đo khối lượng ximăng trong silô. 22 3.3 Giải pháp công nghệ 26 3.4 Xác đònh thể tích – khối lượng của khối hạt trong silô. 26 Chương 4 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO KHỐI LƯNG TRONG SILÔ. 4.1. ĐỘNG KIỂM TRA VÀ XÁC ĐỊNH KHỐI LƯNG SẢN PHẨM DẠNG BỘT TRONG CÁC HỆ THỐNG SI LÔ HÌNH TRỤ BẰNG MÔTƠ CẢM BIẾN. Cơ quan chủ quản: Sở Khoa học và Công nghệ Tp.HCM Cơ quan. đề tài là nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống tự động xác đònh mức và khối lượng vật liệu rời bên trong silô tại các vò trí và thời điểm bất kỳ mà người sử dụng cần bằng mô tơ cảm biến. 1.3.2