Đề tài Tìm hiểu về Cân xi măng liên tục cân roto

Giải thích quá trình công nghệ 1.1 Cân Rotor, thiết bị điều khiển chính trong hệ thống cấp than... Hình 3.4 : Nguyên lý cân của cân rotor FRW Lượng liệu chuyển từ đầu vào tới đầu ra tạ

Đề tài: Tìm hiểu về Cân xi măng liên tục:cân roto

1 Giải thích quá trình công nghệ

1.1 Cân Rotor, thiết bị điều khiển chính trong hệ thống cấp than.

Trong đó :

1 : Giá đỡ; 2 : Cửa vào liệu; 3 : Cảm biến; 4 : Nắp; 5 : Khoang chứa;

6 : Đáy; 7 : Trục cân bằng; 8 : Động cơ; 9 : Vách ngăn rotor; 10 : Cửa ra

Khoang bánh xe ngang trục bao bọc xung quanh bởi các đĩa trên (4), đĩa dưới (6)

và vỏ (5).Một lượng nguyên liệu lớn sẽ vào ở lối vào (2) , được quay tròn trongkhoang bánh xe và cho ra ở đầu ra (10) , rồi sẽ được mang tới quá trình tiếptheo.Toàn bộ thân khoang bánh xe (4,5,6) được treo lên khung (1) bởi hai cái chốtxoay cân bằng (7) , vì thế nên nó có thể quay

Trục động cơ (8) cấp cho rotor thông qua khớp nối, tự điều chỉnh, dẫn hướng hệthống Thiết bị giảm tải cho phép rotor quay gần như không khối lượng giữa 2 tấmđĩa kín để giảm hao mòn Trục cân (A-A) xuyên qua bộ nối linh động tới ống cấptải, được xác định bởi 2 bệ cân giữa thân của khoang và đế khung Cấu hình đặcbiệt của 2 bệ đỡ cân bù cho bất kì dao động áp lực nào từ nguyên liệu do đó kếtquả đo được sẽ không bị ảnh hưởng

Hình 3.4 : Nguyên lý cân của cân rotor FRW

Lượng liệu chuyển từ đầu vào tới đầu ra tạo ra mộmen đối với trục xoay, mômennày được đo như một phản lực điểm tựa với một loadcell treo tại điểm giá treo thứ

3 của hệ thống cân rotor.Trong điều kiện biên hình học, tín hiệu của loadcell sẽ tỉ

lệ trực tiếp với lượng liệu chứa trong khoang bánh xe

1.3 Nguyên lý làm việc của hệ thống cân roto weigh feeder

Nhằm mục đích nâng cao hiệu suất cho hệ thống cân trộn phối liệu giảm thiểuthời gian vô công trong hệ thống cân truyền thống

Hệ thống roto weigh feeder làm việc dựa trên tinh thần đó là khắc phục nhữngnhược điềm của các hệ thống cân truyền thống như đã nêu trên.Đảm bảo:

- Nguyên liệu ra luôn đảm bảo chính xác về khối lượng

- Dòng nguyên liệu ra luôn là liên tục

Do đó có thể thấy rằng hệ thống roto weigh feeder đã nâng cao được hiệu suấtcũng như tăng khả năng tự động hóa trong nhà náy công nghiệp lên rât nhiều Khối lượng nguyên liệu ở cửa ra được tính thông qua khối lượng đo được từloadcell và tốc độ quay của rotor Ta có thể tính khối lượng nguyên liệu như sau

Feedrate = Rotatespeed * Weight

Trong đó : Feedrte : Khối lượng nguyên liệu [ Kg/s ]

Rotatespeed : Tốc độ quay của rotor [ Radian/s ]

Weight : Khối lượng đo được từ loadcell [ Kg/Radian ]

-Khi chưa có sự can thiệp của hệ thống điêu khiển:

Hình 3.6 : Cân Rotor khi không có điều khiển

-Khi có sự can thiệp của hệ thống điều khiền:

Hình 3.7 : Cân Rotor khi có điều khiển

Ta có sơ đồ nguyên lý điều khiển cân Rotor:

Hình 3.8 : Sơ đồ nguyên lý điều khiển cân Rotor

1 : Loadcell ; 2 : Encoder ; 3 : Động cơ truyền động ; 4 : Roto weigh feeder

Trong đó:

- x là lưu lượng ra thực tế

- m là tín hiệu mang thông tin về khối lượng liệu từ trong 4

- v là tốc độ quay của roto thu được từ 2

>>Như vậy ta điều khiển tốc độ quay của roto để điều chỉnh lượng than đầu ra của cân

2. Thuật toán điều khiển

2.1 Sơ đồ điều khiển cấp than lò nung.

Từ Flow Sheet của dây chuyền 2 nhà máy xi măng Hoàng Thạch ta rút sơ đồPI&D của hệ thống cấp than lò nung như sau :

Hình 3.9 : Sơ đồ điều khiển cấp than lò nung

Nhiên liệu cấp cho lò nung thông qua hệ thống vòi đốt đa kênh ( gồm dầu, gió 1,gió 2, gas, than ) vì dầu, gió 1, gió 2, gas được sử dụng chính cho giai đoạn khởiđộng quá trình đốt, nhiên liệu chính là than Nên ở đồ án này ta bỏ qua hệ thốngđiều khiển cấp dầu, gas, gió 1, gió 2

Lượng than cung cấp cho lò nung clinke được điều chỉnh thông qua điều chỉnhtốc độ quay đĩa cân rotor Than mịn sau công đoạn nghiền chứa trong silo L11,động cơ khuấy W2V70 đặt dưới silo để khuấy đều lượng than chuyển xuống cânW2V72 (Tín hiệu từ động cơ khuấy này coi là nhiễu hằng) Loadcell WT đo lượngthan trong cân rotor, encoder ST đo tốc độ động cơ quay đĩa cân Cả hai cảm biếnnày đồng thời gửi tín hiệu đo được về bộ tính toán FY ( bộ nhân ) để tính ra lưulượng than ra thực tế và gửi tín hiệu đo được về bộ điều khiển lưu lượng FC ( PID2) PID2 đồng thời cũng nhận được tín hiệu đặt SP ( lưu lượng than ) được tính theoquy trình công nghệ PID2 sẽ gửi tín hiệu điều khiển đến bộ điều khiển tốc độ SC (PID1 ) điều khiển biến tần ( tốc độ động cơ )

Từ những phân tích trên ta có sơ đồ điều khiển của hệ thống cấp than lò nung :

Hình 3.10 : Sơ đồ khối điều khiển cấp than lò nung

- Trong hệ thống cấp than lò nung coi biến tần với động cơ quay đĩa cân là mộtkhâu quán tính bậc nhất có trễ, có dạng :

0.5 1 1

( )

1

S dt

Hệ số chuyển đổi K1 chính là biến tần với K1= 1.5

Động cơ 3 pha quay đĩa cân là khâu quán tính bậc nhất 1

1

1 T s+

với T1 = 3 Khâu trễ do khâu chấp hành và cảm biến sinh ra trong quá trình thức thi

- Còn Silo chứa than với động cơ khuấy ta xem là tín hiệu nhiễu hằng

2.2 Thiết kế bộ điều khiển PID1, PID2.

2.2.1 Thiết kế bộ điều khiển PID1.

Đối tượng của PID1 là khâu quán tính bậc nhất có trễ

0.5 1.5

Ta sẽchỉnh định tham số của PID1 theo phương pháp tổng T của Kuhn :

Chọn bộ điều khiển PI : WPID1 =

1 (1 )

p I

K

T s

+

p dt

K K

Hình 3.12 : Đường đặc tính điều khiển động cơ cân Rotor

Độ quá điều chỉnh 4% và thời gian quá độ 13(s)

- Ta thấy với bộ điều khiển vừa thiết kế này thì vẫn còn độ quá điều chỉnh do đó đểthiết kế cho bộ điều khiển vòng trong PID2 ta phải thiết kế bộ điều khiển PID1 làmcho đường đặc tính không còn có độ quá điều chỉnh Sau vài bước chỉnh định tathấy: Kp=0.2845; Ki=0.1114 thì thõa mãn yêu cầu

Mô phỏng matlab:

Hình 3.13 : Đường đặc tính điều khiển động cơ cân Rotor sau chỉnh định

Độ quá điều chỉnh đã được triệt tiêu Và thời gian quá độ 17s

- So sánh bộ điều khiển vừa thiết kế với bộ điều khiển thiết kế theo phương pháptổng T của Kuhn:

Hình 3.14 : So sánh hai bộ điều khiển vừa thiết kế

p I

K

T s

+

; Với: Kp=0.2845; Ki=0.1114

2.2.2 Thiết kế bộ điều khiển PID2.

Để thiết kế bộ điều khiển vòng trong PID2 ta ước lượng vòng trong bằng cách đưađầu vào 1(t):

Hình 3.14 : Sơ đồ khối Simulink điều khiển động cơ & biến tần

Ta có đáp ứng đầu ra:

Hình 3.14 : Tín hiệu đầu ra bộ điều khiển động cơ & biến tần

Để thiết kế bộ điều khiển cho vòng điều khiển lưu lượng (PID2) ta xấp xỉ nó vềdạng đơn giản đó biết

( ) s ( )

Cấu trúc của đối tượng:

Hình 3.15 : Cấu trúc đối tượng

h t =h t− τ

chuyển dịch trục tung một khoảng τ0

=0 sẽ được h1 (t) sẽ được h1(t) trong đồ thịh(t)

Hình 3.16 : Ước lượng mô hình đối tượng của PID2

Từ đồ thị thu được ta kẻ tiếp tuyến, xác định thông số a, b, c:

(1 5.05 )(1 0.45 )

S dt

Đặc tính của đối tượng trên:

Hình 3.18 : Đặc tính đối tượng của PID2

Ta có đáp ứng hệ mới gần như hệ cũ,cũng với thời gian đáp ứng khoảng 17s

Với hệ:

0.5

1 ( )

(1 5.05 )(1 0.45 )

S dt

ta sẽ có các phươngpháp điều khiển sau:

a) Phương pháp tổng T của Kuhn để thiết kế bộ điều khiển:

Bộ điều khiển có dạng:

1 (1 )

p i

p dt

K K

Hình 3.19 : Sơ đồ điều khiển lưu lượng than

Kết quả mô phỏng bộ điều khiển thiết kế theo phương pháp tổng T của Kuhn:

Hình 3.20 : Đặc tính điều khiển lưu lượng than với PID2 chỉnh định

theo phương pháp tổng T của Kuhn

Từ hình trên ta thấy độ quá điều chỉnh 5% và thời gian đáp ứng 22(s)

Xấp xỉ W1(s) về dạng sau :

1 ( )

dt dt

Thay thông số bộ điều khiển vào mô phỏng trên matlab ta có:

Hình 3.21 : Đặc tính điều khiển lưu lượng than với PID2 chỉnh định

theo phương pháp tối ưu module

Độ quá điều chỉnh 5% và thời gian quá độ 6s.

- So sánh 2 phương pháp chỉnh định:

Hình 3.22 : So sánh 2 phương pháp chỉnh định

+ Ta thấy chất lượng động học của phưong pháp thiết kế tối ưu modul là tốt hơn

nhưng cả 2 phương pháp để thiết kế cho bộ điều khiển PID2 chưa mang lại chấtlượng động học của hệ thống tốt nhất do đó ta cần phải chỉnh định bằng tay cácthông số Kp, Ki để tìm ra được bộ điều khiển tốt nhất

+ Sau vài lần chỉnh định tham số Kp, Ki ta thấy khi: Kp=1.0688; Ki=0.2247 thì sẽtriệt tiêu được sai lệch tĩnh do đó ta chọn bộ điều khiển PID2 có: Kp=1.0688;

Matlab:

Hình 3.23 : Đặc tính điều khiển lưu lượng than với PID2 chỉnh định bằng tay

2.2.3 Phân tích tác động của nhiễu đến bộ điều khiển.

Sơ đồ hệ thống cấp than lò nung:

Hình 3.24 : Mô phỏng Simulink hệ thống cấp than lò nung khi có nhiễu

Ảnh hưỏng của nhiễu được thể hiện trên đường đặc tính của hệ thống khi đặt thờigian mô phỏng là 100(s) thì như sau:

Hình 3.25 : Đặc tính mô phỏng hệ thống cấp than lò nung khi có nhiễu

3.Giải pháp công nghệ

-Sơ đồ khối về hệ thống điều khiển

Các yếu tố cấu trúc chính là: một tủ điều khiển FCC nằm tại trung tâm điều khiển nhà máy (MCC) và Panels (LCP) kiểm soát, được thiết kế đặc biệt cho hệ thống cấp liệu (FIELD).

Tủ điều khiển FCC chứa tất cả các bộ điều khiển cho lưu lượng và tốc độ.Bao gồm

cả việc giám sát của các chức năng này

Bảng điều khiển địa phương (s) LCP : chức năng liên kết với FCC để xử lý và cung cấp các truy nhập địa phương đến tất cả các thiết bị - có bảo trì và cung cấp dịch vụ đến thiết bị đó

->>Hình ảnh về FCC và LCP:

3.1 Tìm hiểu về FCC

Bộ điều khiển lưu lượng và tốc độ FCC sử dụng CPI(CAN Process Interface ) và

3.1.1 CPI (CAN Process Interface ) cùng với giao thức CANopen

-CPI được thiết kế cho việc thu bắt các :tín hiệu vào,tần số,giá trị tương tự,giá trị đo.Nó cũng được sử dụng để bắt các giá trị tương tự đầu ra và cài đặt thông số đầu ra

-Sơ đồ khối:

-Cấu tạo chi tiết:

Cấu tạo các khối:

-Nguồn (X1):

-Điều khiển đầu ra(X2):

-Điều khiển đầu vào(X3,X4):

-Giao diện dữ liệu CAN(X5,X6):

-Vào /ra tương tự(X7):

-Tần số vào /ra(X8):

-Giao diện dữ liệu RS232(X9):

-Các giá trị đầu vào và đầu ra có thể được truy vấn hoặc thiết lập thông qua các busCAN tích hợp

CPI phải được trang bị ít nhất một bộ khuếch đại đo đôi CDMV "891.443.00.00" cho việc bắt các tín hiệu đo Các giá trị đo bắt được xuất ra liên tục qua các bus CAN trong khoảng thời gian 20 ms

Các trạng thái của các tín hiệu đầu vào và đầu ra cũng như các chức năng của bus CAN được báo bằng đèn LED trên CPI

Cấu hình CPI xảy ra thông qua giao diện dữ liệu RS-232 hoặc qua các bus CAN.Tất cả các dữ liệu cấu hình có thể được lưu trong một EEPROM

Một kết nối với một đối tác (MASTER), thiết bị mà được kết nối với CPI qua các bus CAN có thể được thiết lập thông qua RS-232 giao diện dữ liệu.

-Chức năng của các khối :

3 ĐẦU VÀO : E00 E07 E10 E15 GỒM "X3" VÀ "X4

CPI có 14 đầu vào số Các đầu vào có các chức năng xác định Đầu vào "E14" và

"E15" là thiết kế để bắt xung đầu vào với một độ rộng xung tối thiểu là 13 ms.Ngoài ra, 16 bit đếm đầu vào tần số 1 được đặt ở đầu vào "E15" với một "xung cao"

4 GIAO DIỆN CAN "X5" VÀ "X6"

Theo tiêu chuẩn ISO 11898, các giao thức CAN tuân thủ với kết nối dữ liệu lớp 2 trong mô hình tham chiếu ISO / OSI và hỗ trợ các hoạt động đa chủ

Như các lớp ứng dụng, các nhà sản xuất quốc tế và Hiệp hội CAN trong tự động hóa (gọi là CIA) thì giao thức chuẩn CANopen dựa trên "DS 301" (không có cấu hình) được sử dụng

CPI hỗ trợ khởi động theo "CAL" (CAN Application Layer) hoàn chỉnh Kết quả

là, nó có thể được tích hợp vào mạng CAL và hoạt động như một thiết bị CAL có.Các chi tiết của CANopen và các đặc điểm kỹ thuật CAL có thể được tìm thấy trong các tiêu chuẩn CIA CIA DS201-207, 301 và 401

Cấu hình CAN bus (bitrate, số module, vv) xảy ra trên một thiết bị đầu cuối thông qua các giao diện dữ liệu RS-232.

5 ĐẦU RA "X7"

Hai đầu ra tương tự 0 20 mA được trả về thông qua các bus CAN: đầu ra tương tự

1, với độ phân giải 8 bit,và đầu ra tương tự 2, với độ phân giải 16 bit

Các đầu ra tương tự phải được trả về thường xuyên thông qua các bus CAN (mỗi

200 ms) Nếu tình trạng này không được đáp ứng,dòng là "0 mA"

6 ĐẦU VÀO TƯƠNG TỰ "X7"

Hai đầu vào tương tự với độ phân giải 10 bit, "Poti 1 và Poti 2" có sẵn để bắt điện

áp tương tự (0 5 volts)

7 ĐẦU VÀO ĐO TẦN SỐ "X8"

CPI có hai đầu vào couter để tính tần số, "Tacho a và b Tacho", mà được đánh giá mỗi 20ms

Counter đầu vào "Tacho a" được thiết kế bổ sung thêm như một vòng 16 bit truy cập cho phép đo dài hạn, và có thể được thiết lập lại thông qua đầu vào E15

8 GIAO DIỆN DỮ LIỆU RS232 "X9"

CPI có cấu hình trực tiếp thông qua giao diện dữ liệu RS-232 hoặc thông qua một kết nối có thể được thiết lập với một đối tác (Master), người được kết nối thông qua các bus CAN

Nó được thiết lập "9600 baudrate; 1 start bit; 8 bit dữ liệu ; 1 stop bit và không có chẵn lẻ"

Khi cấu hình CPI hoặc kết nối với máy chủ thông qua các bus CAN, các thiết bị đầu cuối được hỗ trợ các dữ liệu giao diện RS232 của CPI

- Một "VT 100" thiết bị đầu cuối tương thích,

- Một máy tính với một chương trình thiết bị đầu cuối phù hợp,

- Một PHT (Pfister Handheld Terminal)

Vì vậy mà các tín hiệu nhỏ cũng có thể được xử, thêm 1 tải trong các bước từ 25%đến 175%, cũng như việc thêm tải cố định.

Ngoài ra, các chế độ hoạt động "đơn cực" hoặc "lưỡng cực" có thể được cấu hình

Điều chỉnh chế độ đơn cực Điều chỉnh chế độ lưỡng cực

Độ phân giải tối đa là 1048576 d trong "đơn cực" được cài đặt và ± 5243288 d trong "lưỡng cực" được cài đặt

Khi được sử dụng trong việc kết nối với các bước thêm tải cố định, nó nên được giả định rằng độ phân giải là 660.000 d và d ± 330000, để đảm bảo rằng phạm vi hoạt động của các A / D-converter không phải là vượt qua các điểm hoạt động mà được bù trong bước

Bước cộng thêm tải cố định là cần thiết khi tải cố định là quá cao so với các tín hiệu hữu ích

Chữ viết tắt:

d Độ phân giải số

UE là điện áp đầu vào ở các bộ khuếch đại đo lường trong mV

3.1.2 Tìm hiểu CSC

CSC (CAN System Controller) có nguồn đầu vào 24Vvà Nó có một đầu vào analog 20mA (16 bit) và lên đến bốn đầu ra tương tự 20mA (12 bit), 2 trong số này là các Plug-in

Một số giao diện sẵn có cho việc trao đổi dữ liệu, ví dụ như cài đặt vĩnh viễn 2xCAN và RS422, cũng như 3 khe cho RS232, RS422 / RS485 hoặc TTY module

và 1 plug-in cơ sở cho Profibus vv

CSC được cấu hình bằng phương tiện của một giao diện dịch vụ RS232 Tất cả dữ liệu cấu hình được lưu trữ vĩnh viễn

-Sơ đồ các khối:

-Tìm hiểu các khối trong CSC:

-2 CẤP ĐIỆN CHO ĐẦU VÀO (X2)

Điện áp : + 24V DC, phân cực , kết nối với GND chỉ qua 1MΩ / 15nF / 250V; cô lập điện áp tối đa 100V

Phạm vi chức năng :+20 + 30V

Dòng max tiêu thụ : 50mA

Kết nối thiết bị đầu cuối kết nối dải cắt 14 cực với cáp băng

Tín hiệu IN ON (hiện tại + UP, đèn LED màu vàng)

Điện áp: + 24V DC, cực nổi, kết nối với GND chỉ qua 1MΩ / 15nF / 250V; cô lập điện áp tối đa 100V

Phạm vi chức năng :+20 + 30V

Dòng max tiêu thụ 0.65A

Cầu chì F2, thu nhỏ ngắt mạch 1A cài đặt trong bảng điều khiển phía trước

Kết nối thiết bị đầu cuối kết nối dải cắt 14 cực với cáp băng

Tín hiệu OUT ON (hiện tại + UP, đèn LED màu vàng)

-3.4 ĐIỀU KHIỂN ĐẦU VÀO (X2)

Dòng đầu vào 4,7 mA

Điện áp đầu vào -30V + 5V (Low), + 14V + 30V (High)

Chuyển chậm trễ 300μs

Kết nối thiết bị đầu cuối kết nối dải cắt 14 cực DIN 41.651 với cáp băng

Pin phân công phù hợp cho Phonix Varioface module ví dụ FLKMS 14/8

Chiều dài cáp lên đến 5m như cáp ribbon, 1000m cáp tròn với chuyển đổi thiết bị đầu cuối

-3.5 KIỂM SOÁT ĐẦU RA(X3)