Các thiết bị cảm biến đang dần trở thành một phần không thể thiếu trong đời sống hiện đại của chúng ta.Quá trình đóng bao xi măng là giai đọan cuối trong dây chuyền sản xuất xi măng.. Hệ
Trang 15 ĐINH TUẤN PHONG
6 LÊ VĂN THANH
7 LÊ MẠNH DƯƠNG
8 DƯƠNG HẢI NINH
9 ĐÀO NGUYÊN PHƯƠNG
10 NGUYỄN VĂN LƯƠNG
11 NGUYỄN VĂN TUYÊN
Trang 2Ý kiến nhận xét của giáo viên:
Trang 3
Trang 4
LỜI MỞ ĐẦU
Từ những năm 70, nhu cầu xi măng cho xây dựng công nghiệp, cơ sở hạ tầng và nhà ở tăng lên nhanh chóng trên thế giới ,đặc biệt là sự bùng nổ về đầu t phát triển công nghiệp xi măng tại các nớc đang phát triển Mặt khác để đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của khách hàng về chất lợng, tính đa dạng của xi măng và yêu cầu khắt khe về môi trờng, tiết kiệm năng lợng do giá nhiên liệu tăng nhanh sau cơn sốc dầu lửa, các nhà nghiên cứu, thiết kế công nghệ và chế tạo thiết bị không ngừng đầu t vào việc cải tiến, đổi mới công nghệ và thiết bị xi măng ngày càng tiên tiến và có hiệu quả cao
Việt Nam là đất nước cũn nghốo, kinh tế và khoa học kĩ thuật cũn phỏt triển rất chậm, song trong bối cảnh phỏt triển kinh tế chung của khu vực và với chớnh sỏch mở cửa đỳng đắn của Đảng và nhà nước, thị trường Việt Nam đó và đang thu hỳt vốn đầu tư của nước ngoài ngày càng nhiều, trong đú cú ngành xi măng Thừa hưởng những thành tựu mới nhất của cụng nghệ và thiết bị sản xuất
xi măng trờn thế giới những măn gần đõy, tổng cụng ty xi măng Việt Nam dó nhanh chúng tiếp cận và ứng dụng vào cỏc cụng trỡnh xi măng lớn mới được đầu
tư và đó mang lại hiệu quả kinh tế kĩ thuật rừ rệt ngang tầm với cỏc nước trong khu vực
Hiện nay, kỹ thuật điện, điện tử trờn thế giới đang phỏt triển rất mạnh mẽ Cỏc thành tựu của kỹ thuật đó thỳc đẩy sản xuất phỏt triển theo xu hướng tự động húa cao Trong cỏc hệ thống tự động húa mọi quỏ trỡnh đều được đặc trưng bởi cỏc biến trạng thỏi Cỏc biến trạng thỏi này thường là cỏc đại lượng khụng điện như nhiệt độ, ỏp suất, lưu lượng, khối lượng, vị trớ, tốc độ v.v Để thực hiện cỏc quỏ trỡnh đo lường và điều khiển cần phải thu thập cỏc thụng tin, đo đạc, theo dừi sự biến thiờn của cỏc biến trạng thỏi của quỏ trỡnh thực hiện chức năng trờn là cỏc thiết bị cảm biến
Cảm biến là cỏc phần tử nhạy cảm dựng để biến đổi cỏc đại lượng đo lường, kiểm tra hay điều khiển từ trạng thỏi này sang trạng thỏi khỏc thuận tiện hơn cho việc tỏc động của cỏc phần tử khỏc Cảm biến là một thiết bị chịu tỏc động của đại lượng cần đo m khụng cú tớnh chất điện và cho một đặc trưng mang bản chất điện (như điện tớch, điện ỏp, dũng điện, điện trở …) Cảm biến thường dựng ở khõu đo lương và kiểm tra
Trang 5Các loại cảm biến được sử dụng rộng rãi trong tự động hóa các quá trình sản xuất và điều khiển tự động các hệ thống khác nhau Chúng có chức năng biến đổi sự thay đổi liên tục các đại lượng đầu vào không điện thành sự thay đổi các đại lượng đầu ra là đại lượng điện Căn cứ vào các đại lượng đầu vào cảm biến được phân ra các loại: cảm biến nhiệt độ, cảm biến quang, cảm biến trọng lượng, cảm biến vị trí, lực, áp suất,… Các thiết bị cảm biến đang dần trở thành một phần không thể thiếu trong đời sống hiện đại của chúng ta.
Quá trình đóng bao xi măng là giai đọan cuối trong dây chuyền sản xuất
xi măng Xi măng được sản xuất ra dưới dạng bột dễ hút ẩm và dễ bị hỏng dưới
sự tác động của nước Ngoài ra, hầu hết các nhà máy xi măng đều được xây dựng ở gần các nguồn nguyên liệu và xa nơi tiêu thụ nên quá trình vận chuyển
xi măng khó khăn Do vậy việc đóng bao xi măng là rất cần thiết có ý nghĩa quan trọng trong việc hoàn thành sản phẩm và bảo đảm chất lượng sản phẩm
Hệ thống đóng bao xi măng tự động sử dụng một lượng lớn các cảm biến và được điều khiển tự động bằng PLC Do kiến thức còn hạn chế nên việc nghiên cứu hệ thống đóng bao xi măng còn rất sơ sài, mới chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu các cảm biến được sử dụng trong hệ thống Rất mong được sự đóng góp ý kiến từ phía cô giáo và bạn đọc
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Trang 61 ĐÔI NÉT VỀ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT XI MĂNG
Quy trình sản xuất xi măng:
Gồm 6 giai đoạn sau:
- Giai đoạn 1: Khai thác mỏ
- Giai đoạn 2: Gia công sơ bộ nguyên liệu
- Giai đoạn 3: Nghiền, sấy phối liệu sống
- Giai đoạn 4: Nung Clinker
- Giai đoạn 5: Nghiền xi măng
- Giai đoạn 6: Đóng gói xi măng
1.1 Giai đoạn 1: Khai thác mỏ.
Xác định nguồn khoáng sản,thăm dò địa hình và đánh giá chất lượng
1.2 Giai đoạn 2: Gia công sơ bộ nguyên liệu.
Đá vôi, đất sét, quặng sắt…được vận chuyển từ mỏ khai thác về nhà máy thường ở dạng viên tảng có kích thước lớn, nên phải được đập nhỏ trước để tiện cho việc nghiền, sấy khô, chuyển tải và tồn trữ
Vật liệu sau khi được đập nhỏ và có độ hạt đồng đều nên giảm được hiện tượng phân li của độ hạt khác nhau trong quá trình vận chuyển và tồn trữ, có lợi cho việc tạo ra thành phần liệu sống và sự phối liệu được chính xác Nhưng trong sản xuất xi măng độ hạt của vật liệu là hạt vừa, nếu hạt quá nhỏ sẽ làm cho hệ thống đập nhỏ phức tạp thêm
Trang 7hành, sửa chữa.
+ Thường thì các nhà máy sử dụng máy đập nhỏ kiểu búa đơn quay để đập nhỏ đá vôi, Mergel, than, Clinker…Ưu điểm của loại máy này năng lực sản xuấtlớn, tỉ suất đập nhỏ cao, cấu tạo đơn giản, thân máy nhỏ, độ hạt đồng đều, dễ thay thế linh kiện Tuy nhiên nó cũng có những nhược điểm là: đầu búa, rãnh răng lược, tấm lót chống bị mài mòn; khi sản xuất tạo nhiều bụi; không thích hợp đập nhỏ các vật liệu bị ẩm ướt hoặc vật liệu dính
1.3 Giai đoạn 3: Nghiền, sấy phối liệu sống.
- Sấy phối liệu sống:
+ Phối liệu đã được định lượng gồm đá vôi, đất sét sẽ được nạp vào máy nghiền đứng Tại đây phối liệu được nghiền và sấy khô bằng khí thải từ lò nung.Sau khi sấy thì lượng nước có trong nguyên liệu, chủ yếu là trong đất sét giảm xuống rất nhiều, tạo điều kiện cho các giai đoạn sau như nung Clinker, tồn trữ ximăng
- Nghiền phối liệu sống:
+ Sử dụng phương pháp nghiền bi để nghiền phối liệu sống, tỉ lệ chiều dài và đường kính của máy nghiền bi là 3:1
+ Đặc điểm của máy nghiền bi thép là:
1 Áp dụng rộng rãi trong việc nghiền vật liệu rắn, năng lực sản xuất lớn
2 Khi độ hạt liệu vào là 20 ÷ 30mm thì độ nhỏ của sản phẩm có thể đạt tới 0,1mm
3 Có thể tiến hành nghiền, sấy cùng một lúc
4 Kết cấu đơn giản, dễ kiểm tra, dễ thay thế linh kiện
Trong pha lỏng, oxit canxi, silic 2 canxi xảy ra phản ứng tạo thành silic 3 canxi, đây là quá trình hấp thụ vôi Khi đạt 14500C vôi tự do được hấp thụ đầy đủ
Phản ứng:
2CaO.SiO2 + CaO → 3CaO.SiO2
Quá trình giảm nhiệt độ từ 1450→13000C là quá trình hoàn thiện tinh thể
Trang 8Alite, cho tới 13000C thì pha lỏng bắt đầu đông kết, phản ứng tạo thành silic 3 canxi cũng kết thúc Lúc này trong vật liệu còn một số oxit canxi chưa hoá hợp với silic 2 canxi, gọi là oxit canxi tự do.
Sau khi nung thành Clinker phải tiến hành làm nguội Mục đích là để tăng chất lượng Clinker, nâng cao tính dễ nghiền, thu hồi nhiệt dư của Clinker, giảm hao nhiệt, nâng hiệu suất nhiệt của hệ thống nung, giảm nhiệt độ Clinker, thuận tiện cho việc tồn trữ, vận hành và nghiền Clinker
1.5 Giai đoạn 5: Nghiền xi măng.
Sau khi làm nguội, Clinker được chuyển lên xilo Clinker Từ đây, Clinker được nạp vào máy nghiền xi măng cùng thạch anh và các phụ gia điều chỉnh; hệ thống nghiền sơ bộ có thiết bị lọc bụi hiệu suất cao
Mục đích của việc nghiên xi măng: có 2 mục đích
- Xi măng càng mịn thì càng tăng diện tích bề mặt
- Tăng tính năng thuỷ phân hoá rất mạnh, nó bao bọc cát sạn trong bê tông
và dính kết lại với nhau
Nhưng thực tế nếu nghiền quá mịn sẽ giảm sản lượng của máy nghiền, tăng tiêu hao điện năng Đồng thời, kích cỡ hạt càng mịn thì khi tồn trữ dễ mất đi hoạt tính, giảm độ bền vững của bê tông Vì vậy độ mịn của xi măng được khống chế trong khoảng 88µm, dư trên rây khoảng 5→10%
1.6 Giai đoạn 6: Đóng gói xi măng.
Sau khi nghiền, xi măng chưa thể xuất xưởng ngay mà phải qua tồn trữ trung gian Nhiên liệu được cấp cho các vòi phun qua khâu trung gian,từ đây cácvòi phun sẽ cấp nhiên liệu để đóng bao
Sau khi đóng bao các bao sẽ được vận chuyển về kho bằng băng tải, hoặc được vận chuyển trực tiếp lên xe để vận chuyển đến nơi tiêu thụ
Trang 92 PHÂN TÍCH CÔNG NGHỆ HỆ THỐNG ĐÓNG
BAO XI MĂNG TỰ ĐỘNG
Xi măng dạng bột ở thùng chứa xi măng được đưa xuống buồng chứa trung gian.Buồng chứa trung gian có chức năng chứa xi măng để cung cấp cho vòi phun.Tại buồng chứa sử dụng các con cảm biến mức dạng tiếp điểm “level switch” khi xi măng bột dâng cao đến một độ cao nhất định,thì tiếp điểm của cảm biến tác động và khi xuống thấp quá cho phép thì cảm biến lại tác động để
xi măng từ thùng chứa nạp vào buồng chứa trung gian
Cảm biến lưu lượng level switch
Buồng chứa trung gian
Trang 10vòi phun thì tác động lên cảm biến vị trí trên vòi phun,cảm biến này tác động lênvòi phun Vòi phun hạ xuống,mở các van trên vòi xả xi măng vào bao Ở đây đặt
hệ thống cân sử dụng cảm biến trọng lượng Load cell dùng để đo trọng lượng của bao Tín hiệu ra của cảm biến tác động lên bộ điều khiển điều khiển các van đóng mở vòi phun để các bao xi măng đạt được khối lượng định trước là 50kg với sai số khoảng 0.5%
Bao xi măng đã đủ khối lượng đưa tới khâu may bao Bao may xong
thông qua hệ thống băng truyền đưa về kho lưu trữ hoặc đưa trực tiếp ra xe vận chuyển đến nơi tiêu thụ.Trên băng tải đươc gắn cảm biến quang để xác định số lượng xi măng đã được đóng gói
1: Phễu cấp bột liệu
1.1, 1.2: Cơ cấu đóng mở phễu nhiên liệu
2: Cảm biến mức dạng tiếp điểm điều khiển cơ cấu đóng
mở phễu
Phần đứng yên Phần quay
Trang 113 SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG
Vòi phun
PLC
Bộ phận truyền nhập dữ liệu
may bao Băng tải Kho chứa
đưa bao
vào Khâu cân
Cấp chuyển đổi mạch giao tiếp
Computer
Điều khiển đóng
mở các pittong khí nén, các van
Thùng chứa xi
măng bột
Buồng đựng
xi măng trung gian
Trang 124 CẢM BIẾN SỦ DỤNG TRONG HỆ THỐNG
Hệ thống sử dụng nhiều cảm biến và các cơ cấu chấp hành Dưới đây là các cảm biến được sử dụng trong hệ thống:
1 cảm biến trọng lượng (load cell)
2 cảm biến vị trí (hall hoặc cảm biến điện trở)
3 cảm biến mức dạng tiếp điểm ( level switch)
4 cảm biến quang (loại phản xạ hoặc thu phát độc lập)
a Cảm biến: thu nhận và biến đổi sự thay đổi của đại lượng không điện thành
sự thay đổi của đại lượng điện đầu ra
Mạch đo: gia công tín hiệu từ khâu chuyển đổi cho phù hợp với cơ cấu chỉthị Bao gồm : khuếch đại, dịch mức, lọc, phối hợp trở kháng
Cơ cấu chỉ thị: hiển thị kết quả đo ( Số, kim, điện tử )
Đại lượng X Y Đại lượng điệnKhông điện
Quan hệ giữa tín hiệu đầu vào và đầu ra của cảm biến được biểu diễn :
Y = f(X)
Nếu xuất hiện nhiễu, thì Y = f(X, X1, X2,…, Xn)
Trong đóX1, X2,…là những đại lượng nhiễu, ở điều kiện lý tưởng thìcác nhiễu này bằng 0
b Ngưỡng độ nhạy và giới hạn đo
Ngưỡng độ nhạy là độ biến thiên lớn nhất của ngõ vào mà ngõ ra chưathay đổi
Y = f(X + ∆0) Æ ∆0 càng nhỏ càng tốt
Giới hạn đo là phạm vi biến thiên ngõ vào mà phương trình chuyển đổi còn nghiệm đúng Khi lựa chọn cảm biến phải chọn cảm biến có giới hạn đo lớn hơn hoặc bằng khoảng muốn đo
c Độ tuyến tính
Một cảm biến được gọi là tuyến tính trong một dải đo xác định nếu trong dải đo
đó độ nhạy không phụ thuộc vào giá trị đo.Nếu cảm biến không tuyến tính, người ta sử dụng các mạch đo để hiệu chỉnh thành tuyến tính gọi là sự tuyến tínhhóa
d Sai số
Là sai lệch giữa giá trị thực và giá trị đo được gồm sai số tuyệt đối và sai số tương đối
CẢM BIẾN
Trang 134.1 CẢM BIẾN TRỌNG LƯỢNG ( LOAD CELL)
4.1.1 Vài nét về cảm biến biến dạng strain gage:
Hình ảnh cảm biến biến dạng strain gageCảm biến biến dạng gồm một sợi dây dẫn có điện trở suất ρ (thường dùng hợp kim của Niken) có chiều dài l và có tiết diện s, được cố định trên một phiến cách điện như hình vẽ:
Khi đo một biến dạng của một bề mặt dùng strain gage, người ta dán chặt strain gage lên trên bề mặt cần đo sao cho khi bề mặt thiết bị biến dạng thì straingage cũng bị biến dạng Điện trở của cảm biến:
Khi cảm bến bị biến dạng do kích thước của dây dẫn bị thây đổi nên điện trở của cảm biến thay đổi một lượng ΔR:R:
Trong đó ΔR:l là biến thiên chiều dài dây dẫn, ΔR:ρ là biến thiên điện trở suất của dây dẫn, và ΔR:s là biến thiên tiết diện dây dẫn, R là điện trở cảm biến khi chưa bị biến dạng
Trang 14Biến dạng dọc của dây dẫn kéo theo biến dạng ngang của dây Nếu dây dẫn hình chữ nhật có các cạnh a,b hoặc dây dẫn tròn có đường kính d thì quan
hệ giữa biến dạng dọc và ngang của dây như sau:
- Mạch đo dùng strain gage :
Trường hợp dùng 2 strain gage thì Rx1 sẽ là strain gage nén
( Rx1 = R - ΔR:R), Rx2 là strain gage giãn ( Rx2 = R + ΔR:R)
Trang 15
4.1.2 Cảm biến trọng lượng load cell:
a Cấu tạo load cell
- load cell là một vật chứng đàn hồi, là một khối nhôm hoặc thép không
gỉ được xử lí đặc biệt, trên vật chứng có dán 4 strain gage Khi vật chứng bị biếndạng dưới tác dụng của trọng lượng tác động vào load cell thì có thể 2 hoặc 4 strain gage bị tác động tùy vào dạng của vật chứng ta có các loại load cell
Các strain gage trong load cell được kết nối thành một mạch cầu Wheastone như hình vẽ các strain gage trong mạch cầu có tác dụng bù ảnh hưởng của nhiệt độ
Trang 16
Kết nối các strain gage trong load cell
Khi không bị tác động, điện trở của các strain gage bằng nhau, cầu ở trạngthái cân bằng khi bị tác động, vật chứng bị biến dạng, các strain gage thay đổi điện trở làm cầu bị lệch và xuất hiện ở ngõ ra một điện áp V0
+ khi load cell cos 2 strain gage tích cực ( R2, R4 giãn, R1, R3 cố định)
Thường thì giá trị của ΔR:R << R nên biểu thức trên có thể viết lại :
- Mạch tương đương của load cell:
Từ sơ đồ kết nối ta có sơ đồ tương đương Thevenin của load cell như hìnhdưới trong đó Rtd là tổng trở tương đương của mạch khi ngắn mạch nguồn cung cấp V0 là điện áp ở ngõ ra của load cell khi hở mạch
Trang 17
Trong hệ thống sử dụng nhiêu load cell, việc kết nối nhiều load cell vào một cơ cấu chỉ thị phải đảm bảo sao cho cùng một khối lượng tác động vào các load cell thì chỉ số trên cơ cấu chỉ thị phải như nhau Để đảm bảo được yêu cầu này thì các load cell phải được nối vào mạch cộng tín hiệu trước khi đưa về đầu cân để xử lý Vì mỗi load cell có một độ nhạy khác nhau cho dù cùng loại nên Junction Box có 4 biến trở điều chỉnh để các load cell cùng ra một sai lệch điện áp đối với cùng một tải trọng Các biến trở này được mắc vào nguồn cung cấp cho load cell vì thay đổi áp nguồn cung cấp sẽ làm thay đổi tín hiệu điện áp ra Ngoài ra có thể cộng các tín hiệu lại với nhau, người
ta dùng thêm một điện trở mắc ở ngõ ra của các load cell Sơ đồ nguyên lý của Junction Box ngư hình vẽ:
Sơ đồ kết nối một load cell và mạch tương đương Thevenin
Sơ đồ Junction Box 4 load cell
Ta có sơ đồ thay thế mạch của mạch Junction Box :
Trang 18- Khi nối thêm biến trở chỉnh nguồn và điện trở cộng tín hiệu vào load cell, thì điện áp ngõ ra của mỗi load cell :
Trong hệ thống đóng bao xi măng tự động sử dụng load cell để kiểm tra khối lượng bao xi măng đảm bảo yêu cầu Ở đây sử dụng loại cảm biến Load Cell SBA sau: