Tự động hóa hệ thống cân băng định lượng trong nhà máy xi măng Cảm Phả

Lời nói đầu ……………………………………………………………………….04Chương 1: Tổng quan về nhà máy xi măng Cẩm Phả......................................061.1.Giới thiệu chung về Công ty cổ phần xi măng Cẩm Phả……………………..061.1.1 Vị trí địa lý của nhà máy…………………………………………………....081.1.2 Chức năng và nhiệm vụ của nhà máy……………………………………....091.2 Quy trình công nghệ nhà máy………………………………………………...091.2.1 Mô tả chung về dây chuyền và phương pháp sản xuất……………………..091.2.2 Quy trình sản xuất nguyên liệu sống……………………………………….101.2.3 Quy trình sản xuất nguyên liệu chín………………………………………..151.2.4 Nghiền và đóng bao………………………………………………………...16Chương 2:Giới thiệu về công nghệ cân băng định lượng nhà máy xi măng Cẩm Phả………………………………………………………………………….172.1 Đặt vấn đề…………………………………………………………………….172.2 Vai trò và tầm quan trọng…………………………………………………….172.3 Công nghệ cân băng định lượng nhà máy xi măng Cẩm Phả………………...182.3.1 Sơ đồ công nghệ và cấu tạo chung của hệ thống cân băng định lượng…….182.3.2 Sơ đồ kết cấu băng tải cân băng…………………………………………….192.3.3 Các đặc tính kĩ thuật của hệ thống cân băng định lượng …………………..212.4 Hệ truyền động cân băng định lượng…………………………………………222.4.1 Yêu cầu đối với hệ truyền động…………………………………………….222.4.2 Yêu cầu thiết kế hệ thống ………………………………………………….222.4.3 Sơ đồ khối nguyên lí hoạt động của hệ thống ĐK cân băng tự động........232.5 Tỉ lệ % phối liệu ……………………………………………………………...262.6 Các thông số kĩ thuật của cân băng định lượng trong nhà máy xi măng Cẩm Phả………………………………………………………………………………..27Chương 3:Lựa chọn các thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành,điều khiển trong hệ thống cân băng định lượng...................................................................313.1 Các phần tử chính dùng trong hệ thống cân băng định lượng………………..313.2 Lựa chọn các loại cảm biến ………………………………………………….323.2.1 Cảm biến trọng lượng(loadcell)…………………………………………….323.2.1.1 Lý thuyết về cảm biến trọng lượng ( cảm biến lực)………………………323.2.1.2Chuyển đổi điện trở lực căng ……………………………………………..343.2.1.3 Một số Load Cell thực tế ………………………………………………...373.2.1.4 Loadcell sử dụng trong hệ thống cân băng tải……………………………403.2.2 Cảm biến tốc độ (Encorder)………………………………………………...403.2.3 Cảm biến chống lệch băng …………………………………………………423.2.4 Cảm biến bảo vệ trượt băng………………………………………………...443.3 Đầu cân………………………………………………………………………453.4 Xây dựng các công thức tính toán…………………………………………....463.5 Lựa chọn động cơ và phương án điều chỉnh tốc độ động cơ ………………...493.5.1 Lựa chọn động cơ…………………………………………………………..493.5.2 Lựa chọn phương án điều chỉnh tốc độ động cơ……………………………493.6 Lựa chọn biến tần…………………………………………………………….523.6.1 Thông số kỹ thuật biến tần MM420………………………………………...533.6.2 Sơ đồ nguyên lí của MM 420……………………………………………...553.6.3 Ký hiệu các cổng vào ra của biến tần ……………………………………...563.6.4 Nối dây đến động cơ………………………………………………………..563.6.5 Cài đặt thông số cho biến tần ………………………………………………573.7Lựa chọ PLC và module mở rộng…………………………………………….583.8Sơ đồ ghép nối PLC với biến tần ,động cơ………………………………….61Chương 4 :Tự động hóa hệ thống cân băng định lượng của nhà máy bằng PLC S7200………………………………………………………………………634.1 Các lưu đồ thuật toán điều khiển hệ thống …………………………………..634.2 Điều khiển hệ thống sử dụng PLC 200……………………………………...674.2.1 Phân công tín hiệu đầu vào và tín hiệu đầu ra cho PLC……………………674.2.2 Chương trình điều khiển hệ thống …………………………………………69Chương 5 : Ứng dụng phần mềm ProTool pro CSRT để thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát…………………………………………………………..815.1 Giới thiệu tổng quan về phần mềm SIMATIC ProTool pro CSRT………….815.3 Giao diện giám sát và điều khiển hệ thống…………………………………...835.2.1 Khai báo biến Tag…………………………………………………………..835.2.2 Giao diện giám sát………………………………………………………….84Kết luận chung …………………………………………………………………...87Tài liệu tham khảo………………………………………………………………..88

MỤC LỤC

Lời nói đầu ……….04

Chương 1: Tổng quan về nhà máy xi măng Cẩm Phả 06

1.1.Giới thiệu chung về Công ty cổ phần xi măng Cẩm Phả……… 06

1.1.1 Vị trí địa lý của nhà máy……… 08

1.1.2 Chức năng và nhiệm vụ của nhà máy……… 09

1.2 Quy trình công nghệ nhà máy……… 09

1.2.1 Mô tả chung về dây chuyền và phương pháp sản xuất……… 09

1.2.2 Quy trình sản xuất nguyên liệu sống……….10

1.2.3 Quy trình sản xuất nguyên liệu chín……… 15

1.2.4 Nghiền và đóng bao……… 16

Chương 2:Giới thiệu về công nghệ cân băng định lượng nhà máy xi măng Cẩm Phả……….17

2.1 Đặt vấn đề……….17

2.2 Vai trò và tầm quan trọng……….17

2.3 Công nghệ cân băng định lượng nhà máy xi măng Cẩm Phả……… 18

2.3.1 Sơ đồ công nghệ và cấu tạo chung của hệ thống cân băng định lượng…….18

2.3.2 Sơ đồ kết cấu băng tải cân băng……….19

2.3.3 Các đặc tính kĩ thuật của hệ thống cân băng định lượng ……… 21

2.4 Hệ truyền động cân băng định lượng………22

2.4.1 Yêu cầu đối với hệ truyền động……….22

2.4.2 Yêu cầu thiết kế hệ thống ……….22

2.4.3 Sơ đồ khối & nguyên lí hoạt động của hệ thống ĐK cân băng tự động 23

2.5 Tỉ lệ % phối liệu ……… 26

2.6 Các thông số kĩ thuật của cân băng định lượng trong nhà máy xi măng Cẩm Phả……… 27

Chương 3:Lựa chọn các thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành,điều khiển trong hệ thống cân băng định lượng 31

3.1 Các phần tử chính dùng trong hệ thống cân băng định lượng……… 31

3.2 Lựa chọn các loại cảm biến ……….32

3.2.1 Cảm biến trọng lượng(loadcell)……….32

3.2.1.1 Lý thuyết về cảm biến trọng lượng ( cảm biến lực)………32

3.2.1.2Chuyển đổi điện trở lực căng ……… 34

3.2.1.3 Một số Load Cell thực tế ……… 37

3.2.1.4 Loadcell sử dụng trong hệ thống cân băng tải………40

3.2.2 Cảm biến tốc độ (Encorder)……… 40

3.2.3 Cảm biến chống lệch băng ………42

3.2.4 Cảm biến bảo vệ trượt băng……… 44

3.3 Đầu cân………45

3.4 Xây dựng các công thức tính toán……… 46

3.5 Lựa chọn động cơ và phương án điều chỉnh tốc độ động cơ ……… 49

3.5.1 Lựa chọn động cơ……… 49

3.5.2 Lựa chọn phương án điều chỉnh tốc độ động cơ………49

3.6 Lựa chọn biến tần……….52

3.6.1 Thông số kỹ thuật biến tần MM420……… 53

3.6.2 Sơ đồ nguyên lí của MM 420……… 55

3.6.3 Ký hiệu các cổng vào ra của biến tần ……… 56

3.6.4 Nối dây đến động cơ……… 56

3.6.5 Cài đặt thông số cho biến tần ………57

3.7 Lựa chọ PLC và module mở rộng……….58

3.8 Sơ đồ ghép nối PLC với biến tần ,động cơ……….61

Chương 4 :Tự động hóa hệ thống cân băng định lượng của nhà máy bằng PLC S7-200………63

4.1 Các lưu đồ thuật toán điều khiển hệ thống ……… 63

4.2 Điều khiển hệ thống sử dụng PLC -200……… 67

4.2.1 Phân công tín hiệu đầu vào và tín hiệu đầu ra cho PLC………67

4.2.2 Chương trình điều khiển hệ thống ………69

Chương 5 : Ứng dụng phần mềm ProTool pro CS/RT để thiết kế hệ thống

điều khiển và giám sát……… 81

5.1 Giới thiệu tổng quan về phần mềm SIMATIC ProTool pro CS/RT………….81

5.3 Giao diện giám sát và điều khiển hệ thống……… 83

5.2.1 Khai báo biến Tag……… 83

5.2.2 Giao diện giám sát……….84

Kết luận chung ……… 87

Tài liệu tham khảo……… 88

LỜI NÓI ĐẦU

Trong giai đoạn hiện nay ,song song với việc phát triển kinh tế ,xây dựng

cơ sở hạ tầng và xây dựng dân dụng tăng lên nhanh chóng đã kích thích sự pháttriển của nhiều ngành công nghiệp Để đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng vềchất lượng ,giá cả ,sự cạnh tranh trên thị trường ,việc đầu tư cải tiến công nghệđang là một giải pháp hữu hiệu nhất Với một nền kinh tế và khoa học kỹ thuậtđang trên đà phát triển ,phù hợp với sự phát triển chung ở khu vực ,cùng với chínhsách mở cửa của Đảng và Nhà nước ,nước ta đã và đang thu hút vốn đầu tư củanước ngoài ngày càng nhiều ,trong đó phải kể đến việc đầu tư vào công nghệ sảnxuất xi măng trong những năm gần đây

Trong bất kỳ nhà máy sản xuất xi măng nào thì việc đầu tư vào công nghệ

để tăng cường mức độ tự động hóa trong các khâu sản xuất là một yêu cầu luônđược chú trọng hàng đầu Cân băng định lượng là một trong những khâu đượcquan tâm nhiều nhất cả về công nghệ và nhân lực chất lượng cao Đó là khâuquyết định đến năng suất của cả dây truyền ,tỷ lệ các thành phần phối liệu và ảnhhưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm

Với yêu cầu đặt ra cho cân băng định lượng là thỏa mãn những nhu cầu từthực tế sản xuất ,phải đảm bảo đủ lượng liệu cần thiết cho công đoạn sản xuất trựctiếp theo về khối lượng tỷ lệ các thành phần phối liệu và tốc độ cấp liệu cho từngthời điểm

Tùy theo vị trí ,tính chất ,chức năng của các khâu trong dây truyền sản xuất

mà cân băng định lượng ở khâu đó có những đặc điểm riêng ,như chế độ làmviệc ,sai số cho phép ,dải điều chỉnh tốc độ , độ ổn định… Tuy nhiên các cân băngđịnh lượng trong dây truyền sản xuất đều có đặc điểm chung :Các đối tượng cân làcân băng tải cấp liệu ,kích thước vật liệu cần thay đổi trong phạm vi rộng từ cácnguyên liệu thô cho đến những nguyên liệu mịn dạng bột

Ngày nay tự động hóa bằng PLC cho phép thiết lập các hệ thống tự độngđiều khiển các thiết bị máy thực hiện theo các chương trình và công nghệ sảnxuất.Mặt khác khả năng truyền thông tin ,thiết lập mạng điều khiển công nghiệp

của PLC cho ta công cụ thiết lập hệ thống tự động hóa toàn bộ dây truyền sản xuấtbao gồm rất nhiều công đoạn mà các phương pháp tự động trước đây bằng rơlekhông thể thực hiện được ,giảm những thao tác cho đội ngũ công nhân vận hànhthiết bị ,đảm bảo an toàn cho người ,máy móc ,nâng cao năng suất và chất lượngsản phẩm.

Xuất phát từ yêu cầu đó ,với mục đích áp dụng các kiến thức đã học để xây

dựng ứng dụng ,em đã được hướng dãn thiết kế đề tài :” Tự động hóa hệ thống

cân băng định lượng trong nhà máy xi măng Cảm Phả”.

Đề tài bao gồm những nội dung sau:

Chương 1:Tổng quan về nhà máy xi măng Cẩm Phả

Chương 2: Giới thiệu về hệ thống cân băng định của nhà máy xi măng CẩmPhả

Chương 3: Lựa chọn thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành ,điều khiểntrong hệ thống cân băng định lượng

Chương 4: Tự động hóa hệ thống cân băng định lượng của nhà máy bằngPLC S7-200

Chương 5: Ứng dụng phần mềm ProTool pro CS/RT để thiết kế hệ thốngđiều khiển và giám sát

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY XI MĂNG CẨM PHẢ 1.1 Giới thiệu chung về công ty cổ phần xi măng Cẩm Phả

Công ty cổ phần xi măng Cẩm Phả ngày nay tiền thân là Ban quản lí dự án

xi măng Cẩm Phả ,được kí quyết định số 1259/QĐ-TTg ngày 30 tháng 12 năm

2002 của thủ tướng chính phủ về việc phê duyệt đầu tư dự án nhà máy xi măngVINACONEX-Cẩm Phả

Nhà máy xi măng Cẩm Phả do Tổng công ty cổ phần xuất nhập khẩu vàxây dựng Việt Nam (VINACONEX, JSC) đầu tư ,xây dựng với tổng số vốn trên

370 triệu USD Đây là một nhà máy hiện đại bậc nhất ở Việt Nam hiện nay ,ápdụng công nghệ sản xuất xi măng tiên tiến ,lò quay phương pháp khô của NhậtBản Dây chuyền sản xuất được điều khiển tự động hóa cao từ công đoạn nhậpnguyên liệu cho tới công đoạn xuất sản phẩm Toàn bộ thiết bị điện và hệ thốngphần mềm điều khiển quá trình sản xuất xi măng đều của hãng ABB(ThùySĩ) Các thiết bị điện tiên tiến có độ bền ,độ ổn định và tính chính xác cao ,có khảnăng kiểm soát được quá trình ,đáp ứng được mọi yêu cầu công nghệ Phần mềmđiều khiển quá trình được tối ưu hóa trong công nghệ sản xuất xi măng

Nhà máy sản xuất chính được xây dựng trên diện tích đất 75 ha , tại Km6quốc lộ 18A ,phường Cẩm Thạch ,thị xã Cẩm Phả ,tỉnh Quảng Ninh với công suấtthiết kế 6.000 tấn Clinker/ngày tương đương với 2,3 triệu tấn xi măng PCB40/năm.Trạm nghiền xi măng Cẩm Phả được xây dựng trên diện tích đất 20 ha tại khucông nghiệp Mỹ Xuân A ,tỉnh Bà Rịa -Vũng Tàu với công suất 1.480.000 tấn ximăng PCB40/năm

Nhà máy xi măng VINACONEX Cẩm Phả được đặt trên địa bàn quảngninh có nhiều thuận lợi về nguồn nguyên liệu và hạ tầng cho nghành công nghiệp

xi măng Tại đây ,nhà máy có thể sử dụng hiệu quả tiết kiệm nguồn nguyên liệu từcác mỏ đá Quang Hanh, mỏ sét Hà Chanh, than Quảng Ninh ;đồng thời nhà máycòn nằm cạnh cảng nước sâu có thể tiếp nhận tàu trọng tải 15.000 tấn – nơi chungchuyển thuận lợi sản phẩm đầu ra

Hình 1.1 Nhà máy xi măng Cẩm Phả

Xi măng Cẩm Phả áp dụng mô hình tiêu thụ sản phẩm qua nhà phân phốichính ,xi măng Cẩm Phả đã tận dụng được năng lực của xã hội với việc xác lập lợiích hài hòa giữa nhà sản xuất và nhà phân phối Hiện nay thương hiệu “xi măngCẩm Phả” đã có mặt tại 64 tỉnh thành trong cả nước với tổng số hơn 100 nhà phânphối chính trên toàn quốc , trong đó có nhiều nhà phân phối dự án

Với mục tiêu chất lượng hàng đầu , giá thành hợp lí , sự phân phối cung cấpsản phẩm linh hoạt giữa nhà máy và nhà phân phối , giữa nhà phân phối với ngườitiêu dùng ,thương hiệu “xi măng Cẩm Phả” đã đạt được nhiều danh hiệulớn Tháng 8 năm 2008 ,Công ty đã được trung tâm chứng nhận phù hợp tiêuchuẩn ISO 9001:2000 và ISO 14004:1996 Sản phẩm của công ty đã đạt đượcnhiều huy chương vàng tại các hội chợ triển lãm tổ chức tại Hà Nội ,thành phố HồChí Minh ,giải thưởng sao vàng đất Việt năm 2008 ,giải thưởng hàng Việt Namchất lượng cao do người tiêu dùng bình chọn năm 2008 và bằng khen của Thủtướng Chính Phủ

Cùng với sự phấn đấu bền bỉ trong những năm qua ,Công ty cổ phần ximăng Cẩm Phả đã được bộ xây dựng ,Nghành xây dựng Việt Nam gắn biển công

trình chào mừng 50 năm Ngành xây dựng Việt Nam và tặng nhiều cúp vàng cờthưởng thi đua Với nhiều thành tích đã đạt được trong công tác cũng như gópphần vào việc xây dựng xã hội chủ nghĩa và bỏa vệ tổ quốc ,ngày 21/09/2006 ,Thủtướng Chính Phủ đã kí quyết định số 993/QĐ-TTg tặng bằng khen cho công ty cổphần xi măng Cẩm Phả

1.1.1 Vị trí địa lý của nhà máy

Địa điểm đầu tư xây dựng nhà máy xi măng Cẩm Phả được đặt tại phườngCẩm Thạch ,thị xã Cẩm Phả ,tỉnh Quảng Ninh

- Phía Bắc giáp mặt đường 18A mới và tuyến đường sắt vận chuyển thancủa mỏ than Cẩm Phả Phía ngoài tuyến đường sắt là quốc lộ 18 cách mặt bằngkhoảng 800 m

- Phía Nam là biển

- Phía Đông Bắc giáp núi đá Chồng

- Phía Đông Nam giáp núi Hòn Một

- Phía Tây là dãy núi đá vôi Quang Hanh I

1.1.2 Chức năng và nhiệm vụ của nhà máy

- Sản xuất xi măng các loại

- Khai thác cát ,đá vôi ,đất sét ,nguyên liệu xi măng

- Sản xuất và kinh doanh vật liệu xây dựng

- Kinh doanh clinker ,thạch cao và xi măng các loại

- Kinh doanh thiết bị xây dựng và khai thác mỏ

- Kinh doanh máy móc thiết bị ,phụ tùng nguyên liệu phục vụ công nghiệp

xi măng ,vận tải hàng hóa đường bộ đường thủy

- Kinh doanh khai thác cầu cảng ,bốc xếp hàng hóa thủy bộ cho khác hàngthuê kho bãi

- Xuất nhập khẩu các nguyên vât liệu sản liệu sản xuất xi măng ,xi măngcác loại và máy móc thiết bị phụ tùng phục vụ công nghiệp sản xuất xi măng

1.2 Quy trình công nghệ nhà máy xi măng Cẩm Phả

1.2.1 Mô tả chung về dây chuyền và phương pháp sản xuất

Nhà máy xi măng Cẩm Phả được đặt tại phường Cẩm Thạch , thị xã CẩmPhả ,tỉnh Quảng Ninh Xi măng được sản xuất bằng lò quay theo phương pháp khô

để tạo ra clinker ,clinker nghiền mịn với một tỉ lệ nhất định cộng với thạch cao vàcác phụ gia khác thành xi măng Xi măng Cẩm Phả - công nghệ Nhật Bản ,côngsuất lò 6.000 tấn clinker/ngày ,tương đương với 1.890.000 tấn clinker /năm ,trong

đó nghiền 690.000 tấn clinker/năm để sản xuất 820.000 tấn xi măngPCB40/năm ,tại phường Cẩm Thạch ,thị xã Cẩm Phả ,tỉnh Quảng Ninh ,còn lại1.200.000 tấn clinker/năm được đưa vào nghiền tại trạm nghiền xi măng Cẩm Phảđặt tại KCN Mỹ Xuân A ,tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu với công suất 1.480.000tấn/năm xi măng PCB 40

Lò quay dài phương pháp khô đã được phát triển khá mạnh ở MỸ Banđầu ,các lò quay có chiều dài khoảng 140 – 160 m ,không sử dụng thiết bị trao đổinhiệt bên trong ,dẫn đến nhiệt độ khí thải ra khỏi lò vào khoảng 700 - 0

- 1200 C0 ,vùng lệch có sự chênh lệch nhiệt độ lớn giữa nhiệt độ khí và nhiệt độcủa bộ liệu và do đó tại vùng này sự trao đổi nhiệt đạt hiệu quả cao nhất

Việc sử dụng các cơ cấu gốm lắp đặt trong lò làm tăng năng suất lò quaylên tới 8 – 12% ,đồng thời làm giảm tiêu hao nhiệt riêng xuống từ 8 – 12% Nhiệt

độ khí thải lò giảm xuống chỉ còn 600 - 650 C0

Nhiệt độ khí thải của các lò quay dài phương pháp khô có lắp đặt hệ thốngxích vào khoảng 380 - 400 C0 với dòng khí thải này ,bột liệu cấp vào lò có hàmlượng ẩm lên tới 13% thì vẫn được sấy khô mà không cần gia thêm nhiệt

Tuy nhiên ,việc sử dụng các cơ cấu trao đổi nhiệt trong lò bằng gốm cũngnhư bằng kim loại đều dẫn đến việc tăng trở lực của dòng khí chuyển động trong

lò làm tăng chi phí điện năng cho quạt khói lò

Quy trình sản xuất xi măng của nhà máy được mô tả như hình vẽ:

Cân băng Định lượng silo sấy Quặng sắt

Cân băng Định lượng silo Máy cán Đất sét

Cân băng Định lượng silo Sấy ,nghiền

Sấy , nghiền

Lò nung luyện clinker Tháp trao đổi nhiệt Sio trộn đều Máy nghiền liệu

Thiết bị làm nguội Silo clinker

Phụ gia

Cân băng Định lượng silo

Sấy ,nghiền Thạch cao

Cân băng Định lượng silo

Máy phân ly

Máy nghiền xi Đóng bao Xi măngBunke Máy phân ly

Xuất clinker

Xuất xi

Hình 1.2 Quy trình sản xuất xi măng

1.2.2 Quá trình sản xuất nguyên liệu sống

Khai thác mỏ

Phân ly

Quặng sắt điatomít Đất sét

Lọc Thu bụi

Trộn đều

Xuất liệu

Nghiền nhỏ

Phối liệu

Hình 1.3 Chu trình sản xuất nguyên liệu sống

1.2.2.1 Nguyên liệu đầu vào

Cung cấp đất sét : Đất sét khai thác tại mỏ sét Hà Chanh cách nhà máy

40km ,đất sét được vận chuyển về cảng nhập tại nhà máy Tại cảng nhập ,đất sétđược bốc dỡ bằng cầu trục lên phễu tiếp nhận ,qua cấp liệu đất sét được cấp đềuđặn vào máy đập Đất sét được đập nhỏ và được thu hồi bằng băng tải phẳng ,qua

hệ thống băng tải và van 2 ngả tới cầu rải ,rải sét thành đống trong kho chứa sét

Cung cấp cao silic : Cao silic được cung cấp từ mỏ cao silic thôn 7 và được

xe vận tải chuyển về nhà máy

Đá vôi : Được khai thác và vận chuyển từ mỏ đá vôi Quang Hanh tới nhà

máy bằng một băng tải dài 6.4km

Quặng sắt : Được khai thác và vận chuyển bằng đường thủy từ đảo Cái

Than : Than cám nhập về nhà máy được trộn đều sơ bộ thành thành đống

và chứa ở kho than Than cám dự trữ trong kho không dùng được ngay mà phảiđược đưa vào máy nghiền than để nghiền thành bột than mịn

1.2.2.2 Định lượng và nghiền nguyên liệu

Định lượng nguyên liệu : Đá vôi ,đá sét ,đá cao silic và sắt từ các kho chứa

được đưa tới 4 bunker tương ứng nhờ hệ thống băng tải.Các bunker chứa liệu được

lắp đặt các sensor báo mức và loadcell để giám sát mức liệu có trong bunker Tạiđáy hình côn của mỗi bunker được gắn thiết bị điều chỉnh lưu lượng khi liệu đượctháo ra Từ 4 bunker ,liệu được tháo xuống hệ thống cân định lượng để xác địnhthành phần “ %” các chất theo tỷ lệ tiêu chuẩn Tỷ lệ các chất được xác định nhờ

hệ thống băng tải cấp liệu tấm và loadcell đặt trên hệ thống cân băng Tỷ lệ củacác loại nguyên liệu có thể được điều chỉnh bằng cách điều chỉnh tốc độ băng tảithông qua điều chỉnh tốc độ động cơ băng tải hoặc điều chỉnh độ mở cửa của vancấp liệu Để giám sát tốc độ động cơ thì trên trục động cơ được đặt thiết bị đo tốc

độ encorder để đưa tín hiệu về thiết bị điều khiển Nguyên liệu được cấp liệu theo

tỉ lệ xác định thông qua băng tải tấm tới máy nghiền liệu

Nghiền nguyên liệu : Sau khi xác định tỷ lệ % cảu các chất ,nguyên liệu

được đưa đến trạm nghiền ,trước khi đến trạm nghiền thì hỗn hợp các chất sẽ điqua hệ thống máy dò và tách kim loại để loại bỏ các thành phần kim loại lẫn trongcác chất ra khỏi băng tải

Trong máy nghiền ,nguyên liệu được cung cấp ở dạng hỗn hợp và được sấkhô tới 1% Máy nghiền nguyên liệu là loại máy nghiền con lăn trục đứng có năngsuất 500 tấn/h Qua máy nghiền ,liệu được tán nhỏ nhờ hai cơ cấu con lăn Để sấykhô bột liệu đồng thời trong quá trình nghiền khí nóng được dẫn đến từ tháp traođổi nhiệt của lò nung Lượng khí nóng cung cấp cho máy nghiền phụ thuộc vào độ

ẩm của hỗn hợp phối liệu trong máy Máy tính sẽ nhận tín hiệu từ các thiết bị phântích độ ẩm của hỗn hợp phối liệu có trong máy ,từ đó điều chỉnh lưu lượng vànhiệt độ của dòng khí nóng cung cấp vào cho máy nghiền sao cho nhiệt độ củahỗn hợp phối liệu ra khỏi máy nghiền đạt 0

90 C,độ ẩm không quá 1% Trong máy nghiền khí thải sẽ mang bột liệu đến thiết bị phân lyđộng Trong bộ phân ly ,các hạt có kích thước lớn được tách ra và đưa trở lại bànnghiền ,các hạt có độ mịn đạt yêu cầu được đưa về 4 silo lắng hiệu suấtcao Thông qua các van gió quay ,liệu được tháo ra theo máng khí động đến gầunâng Tại đầu gầu nâng ,bột liệu sẽ được lấy mẫu nhờ thiết bị lấy mãu tự động vớitần suất lấy mẫu 1 lần/h Mẫu sẽ được phân tích các thành phần hóa học và so sánh

với giá trị đặt trước Nếu không thỏa mãn giá trị đặt trước thì các chất sẽ được điềuchỉnh nhờ hệ thống cân băng định lượng Bột liệu sau khi nghiền có độ mịn đạtyêu cầu sẽ được vận chuyển bằng gầu tải theo máng khí động vào silo chứa qua hệthống phân phối song song ,silo có sức chứa 20000 tấn Silo đồng nhất bột liệulàm việc theo nguyên tắc đồng nhất và tháo liên tục Việc đồng nhất bột liệu đượcthực hiện trong quá trình tháo bột liệu ra khỏi silo Mức độ đồng nhất của silo là10:1 Đáy silo có hệ thống khí nén ,khí được sục vào trong silo để đồng nhất sốliệu và tạo ra sự linh động cho phối liệu khi tháo được dễ dàng

Buồng trộn và cửa tháo của silo được liên thông với nhau để đảm bảo liệu

từ silo nạp vào buồng trộn diễn ra đồng thời với nhau bằng dòng khí nén áp suấtcao theo cụm thiết bị tháo và máng khí động Liệu sau khi được tháo từ buồng trộnđưa xuống gầu nâng để đến tháp trao đổi nhiệt Để phân tích thành phần hóa học

và chất lượng của hỗn hợp phối liệu sau khi đồng nhất ,thiết bị lấy mẫu tự độngđược đặt ở đáy gầu nâng ,tần suất láy mẫu ở công nghệ này được quy định cụ thểtrong quá trình vận hành và sản xuất Dòng liệu theo máng khí động xuống vangió kiểu quay và cửa tấm lật vào tháp trao đổi nhiệt theo hai buồng riêng biệt

1.2.2.3 Đồng nhất bột liệu và cấp liệu lò

Liệu sau khi được gom lại ở 4 cyclone lắng (hiệu suất đạt 90%),qua các vangió kiểu quay theo máng khí động đến gầu nâng Tại đầu vào gầu nâng ,bột liệu sẽđược lấy mẫu nhờ thiết bị lấy mẫu tự động với tần suất lấy mẫu 1 lần/h Mẫu sẽđược phân tích các thành phần hóa học và so sánh với giá trị đặt trước Nếu khôngthỏa mãn giá trị đặt trước thì các chất sẽ được điều chỉnh nhờ hệ thống cân băngđịnh lượng Bột liệu sau khi nghiền có độ mịn đạt yêu cầu sẽ được vận chuyểnbằng gầu tải theo máng khí động vào silo chứa qua hệ thống phân phối songsong ,silo có sức chứa 20000 tấn Silo đồng nhất bột liệu làm việc theo nguyên tắcđồng nhất và tháo liên tục Việc đồng nhất bột liệu được thực hiện trong quá trìnhtháo bột liệu ra khỏi silo Mức độ đồng nhấ của silo là 10:1 Đáy silo có hệ thốngkhí nén ,khí được sục vào trong silo để đồng nhất phối liệu và tạo ra sự linh độngcho phối liệu khi tháo ra được dễ dàng

Buồng trộn và cửa tháo của silo được liên thông với nhau để đảm bảo liệu

từ silo nạp vào buồng trộn diễn ra đồng thời với nhau bằng dòng khí nén áp suấtcao theo cụm thiết bị tháo và máng khí động Liệu sau khi được tháo từ buồng trộnđưa xuống gầu nâng để đến tháp trao đổi nhiệt Để phân tích thành phần hóa học

và chất lượng của hỗn hợp phối liệu sau khi đồng nhất ,thiết bị lấy mẫu tự độngđược đặt ở đáy gầu nâng ,tần suất láy mẫu ở công nghệ này được quy định cụ thểtrong quá trình vận hành và sản xuất Dòng liệu theo máng khí động xuống vangió kiểu quay và cửa tấm lật vào tháp trao đổi nhiệt theo hai buồng riêng biệt Việcchứa và đồng nhất bột liệu được thực hiện tại silo đồng nhất với sức chứa 24000 T

đủ dự trữ cho 2,5 ngày lò nung chạy liên tục Silo đồng nhất hoạt động theophương thức nạp – tháo đồng nhất liên tục với các hệ thống sục khí dưới đáy silo

1.2.3 Quy trình sản xuất nguyên liệu chín

Nhập nguyên Liệu sống cân

Làm mát

Nung thành sấy

than Vật liệu

Mua ngoài

Vận chuyển clinker

Kho chứa

Cân than cám

Kho chứa bột than

Vận chuyển Bột than Nghiền khô

Hình 1.4 Chu trình sản xuất nguyên liệu chín

1.2.3.1 Nung và làm nguội clinker

Lò nung bao gồm tháp trao đổi nhiệt 2 nhánh ,5 tầng cyclone với hai buồngphân hủy đầu lò và lò quay ,kết hợp với máy làm nguội clinker kiểu ghi với hiệusuất thu hồi nhiệt cao ,tạo thành một hệ thống đồng bộ sử dụng than cám tại CẩmPhả có năng suất 6.000T clinker/ngày ,cho sản phẩm clinker đạt chat lượng sảnxuất xi măng PCB40 trong điều kiện lò hoạt động bình thường

1.2.3.2 Nghiền than

Than khô từ két chứa được rút ra từ cấp liệu băng cào ,kết hợp với vít tảikép điều tốc ,than khô được cấp vào máy nghiền đứng thực hiện quá trình nghiềnsấy liên hợp khi máy nghiền hoạt động với khí nóng của thiết bị làm nguội clinker

từ lò đưa sang (khoảng250 C0 ) Than mịn sau khi nghiền đạt tiêu chuẩn được luânphiên đổ vào 2 két chứa ,sau đó được cấp vào vòi đốt buồng phân hủy và vòi đốt

lò nung thông qua hệ thống van và cân quay Lò nung đốt than mịn tạo ra nhiệt độcao ,nung bột liệu với nhiệt độ khoảng1450 C0 Ở nhiệt độ cao này sẽ xẩy ra phảnứng hóa học giữa các thành phần CaO,SiO2,Al O2 3,Fe O2 3,…có trong bột liệu tạothành clinker

1.2.3.3 Chứa và phân phối clinker

Clinker chính phẩm được chứa trong 2 silo ,mỗi silo được trang bị các cửatháo kết hợp với các băng tải chịu nhiệt dưới đáy silo để rút clinker chuyển tớituyến xuất clinker ra cảng hoặc tới xưởng nghiền xi măng thông qua 2 băng tảiđảo chiều

Clinker thứ phẩm chứa tại silo có thể tháo qua cấp liệu rung ,chuyển tới bãichứa hoặc theo cấp liệu rung băng tải để pha với clinker chính phẩm trên tuyếnvận chuyển clinker tới xưởng nghiền xi măng

1.2.4 Nghiền và đóng bao

Mua ngoài

nghiền Nghiền sơ

bộ

cân cân

cân clinker

nghiền

Phân ly Phân Ly bột

Kho chứa Vận

chuyển

Vận chuyển

Kho chứa

Đóng bao xuất hàng

Đóng bao Xuất hàng

Sản xuất PCB40

Sản xuất PCB

Hình 1.5 Chu trình nghiền và đóng bao

1.2.4.1 Nghiền xi măng

Clinker từ két chứa được định lượng nhờ băng tấm cấp liệu ,tới băng tải vàđược cấp vào máy nghiền sơ bộ kiểu đứng Clinker qua máy nghiền sơ bộ được hệthống gầu nâng ,van 2 ngả để tiếp tục được nghiền mịn trong máy nghiền

+ Phụ gia xi măng từ két được định lượng nhờ băng cấp liệu động.

+ Thạch cao từ két chứa qua cân băng đinh lượng

+ Hỗn hợp thạch cao và phụ gia đều được đổ vào băng tải cấp trực tiếp vàomáy nghiền

1.2.4.2 Chứa ,đóng bao và phân phối xi măng

Sản phẩm xi măng sau khi nghiền được chứa trong silo ,hệ thống vậnchuyển xi măng rời tới công đoạn đóng bao và xuất xi măng được bắt đầu từ đáysilo xi măng qua hệ thống cửa tháo ,các máng khí động ,sàng rung ,két chứa vàmáy đóng bao

+ Hệ thống xuất xi măng đường thủy

+ Hệ thống xuất xi măng đường bộ

Chương 2 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG NHÀ

MÁY XI MĂNG CẨM PHẢ 2.1 Đặt vấn đề

Vai trò của băng tải trong các nhà máy công nghiệp là vô cùng quan trọng ,điều này được thể hiện rõ nét trong các nhà máy xi măng ,các nhà máy chế biếnthức ăn gia xúc ,các nhà máy chế biến thực phẩm Các băng tải đóng vai trò vậnchuyển nguyên vật liệu ,thành phẩm thay cho sức người và các phương tiện vậnchuyển cơ động khác Trong khuôn viên nhà máy ,phân xưởng ,để vận chuyển vậtliệu từ nơi khai thác ,bến bãi tập kết hoặc kho chứa nguyên vật liệu để phục vụ choquá trình sản xuất

Vấn đề đặt ra là trong quá trình sản xuất đòi hỏi tính liên tục ,pha trộnnguyên liệu có độ chính xác ,phải thấy và cân được khối lượng nguyên vật liệu đãđược vận chuyển theo yêu cầu của thành phẩm Để giải quyết vấn đề trên ta sửdụng cân băng định lượng Hệ thống cân băng định lượng là một trong những khâuquan trọng giúp cho nhà máy hoạt động một cách liên tục Cân băng định lượng làmột khâu trong dây chuyền công nghệ nhằm cung cấp chính xác lượng nguyênliệu cần thiết cho nhà máy ,lượng nguyên liệu này đã được người lập trình cài đặtmột giá trị trước Khi mà lượng nguyện liệu trên băng tải ít đi thì đòi hỏi phải tăngtốc động cơ lên để băng tải chuyển động nhanh hơn nhằm cung cấp đủ lượngnguên liệu cần thiết Ngược lại khi lượng nguyên liệu trên băng tải vận chuyển vớilưu lượng nhiều thì các thiết bị tự động sẽ tự động điều khiển cho động cơ quayvới tốc độ chậm lại phù hợp với yêu cầu

Sil« Sil« Sil«

lệ pha trộn nguyên liệu chính xác và thay đổi năng suất dễ dàng ,ta sử dụng biếntần nguồn áp để điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc truyềnđộng cho băng tải

2.3 Công nghệ cân băng định lượng nhà máy xi măng Cẩm Phả

Nhà máy xi măng Cẩm Phả có hai hệ thống cân định lượng chính : Địnhlượng sản xuất bột liệu (clinker) và định lượng sản xuất xi măng Hệ thống cânđịnh lượng sản xuất bột liệu nhà máy sử dụng là của hãng SCHENCK (Đức)

2.3.1 Sơ đồ công nghệ và cấu tạo chung của hệ thống cân băng định lượng

Hình 2.1 Sơ đồ công nghệ hệ thống CBĐL

Hệ thống này bao gồm 4 băng cân được thiết kế giống hệt nhau để cân 4loại liệu ( đá vôi ,đất sét ,quặng sắt và silic) Từ 4 băng cân này người ta xác địnhcác thông số vận tốc (m/s) của băng tải và khối lượng m (kg/m) tức thời của băngtải liệu Các thông số này được chuyển vào máy tính thông qua các bộ chuyển đổiA/D và card ghép nối Một chương trình phần mềm được cài đặt sẵn trong máy

tính sẽ tính toán và đưa ra tín hiệu điều khiển tới cơ cấu chấp hành nhằm đảm bảoduy trì ổn định lưu lượng tức thời Q = m v (kg/s) theo giá trị đặt trước

1: Phễu chứa liệu 6 :Tang chủ động

2 : Cảm biến trọng lượng (loadcell) 7 : Hộp số

3 : Băng tải 8 :Cảm biến tốc độ(encorder)

4 : Tang bị động 9: Động cơ

5 : Bu lông cơ khí 10:Cảm biến vị trí

Hình 2.2 Cấu tạo của một cân băng định lượng

2.3.2 Sơ đồ kết cấu băng tải cân băng

Từ silo cấp liệu ,liệu rơi xuống băng tải cân ,qua cửa điều chỉnh chiều caodòng liệu ,băng tải cân (9) chuyển động theo phương ngang vận chuyển liệu từ đáysilo chứa liệu và đổ vào băng tải chính Trong quá trình vận chuyển người ta cânđoạn băng trên chiều dài xác định nằm giữa con lăn cân (1) và hai con lăn bêncạnh con lăn cân ,nhờ lực do trọng tải đè lên đầu đo khối lượng (5) và được điềuchỉnh bởi đối trọng (2) Toàn bộ băng tải được kéo bởi động cơ điện (7) qua bộtruyền đai hoặc xích (3) thông qua tang chủ động (6) ,phía băng không tải luônluôn được căng nhờ con lăn và lò xo căn băng (4) ,toàn bộ hệ thống con lăn đượcbắt trên 1 khung cân (8) ,khung cân băng được bắt cố định trên giá đỡ (10) đượcbắt chặt xuống nền

Băng tải cân (9)

Khung cân (8)

Chân đế (10)

Động cơ (7)

Lò xo căng băng(4)

Đối trọng

(2)

Hình 2.3 Sơ đồ kết cấu cân băng tải

Quá trình xác định khối lượng của đoạn băng cân và tốc độ băng tải sau đótính năng suất thực của cân: Q th(kg/s) = m(kg/m).v(m/s)

Ở mỗi băng tải cân đều được lắp các đầu cân điện tử (5) để đo tải trọng trênchiều dài L = 0,5 m Trong hệ thống này đầu cân được lắp vào vị trí để cân đượcđoạn bằng L sao cho sai số cân là nhỏ nhất ,vì băng tải cân ngắn ( khoảng 1m) ,tốc

độ từ động cơ đến băng tải truyền qua hộp số cứng nên tốc độ băng được đo thôngqua tốc độ động cơ Với giải pháp này giá thành hệ thống giảm ,qua đo đạc thực tế,với kiểu băng và phương pháp đo này độ chính xác vẫn đạt được sai số  2%

Các tín hiệu m,v được đọc vào máy tính theo các đường khối lượng (cardchuyển đổi A/D 6 kênh ) ,đường tốc độ ( lấy từ động cơ và chuyển đổi A/D 6 kênh) ,máy tính sẽ tự tính năng suất thực của các cân Q = m.v ,so sánh với năng suấtđịnh mức Qd của chúng từ đó đưa ra tín hiệu điều khiển là U dkđể điều khiển thôngqua các biến tần Mục đích là điều chỉnh tốc độ hợp lý cho các băng tải cân saocho sai số giữa sai số thực các cân với năng suất định mức của chúng đạt được 

2% Trong hệ thống này cứ mỗi chu kỳ 100ms ÷ 200ms ,máy tính lại đọc các sốliệu m,v một lần ,sau đó tính trung bình trong 1s ÷ 2s từ đó đưa ra tín hiệu điềumới Tóm lại cứ 1s ÷ 2s hệ thống lại điều chỉnh tốc độ của băng tải cân một lần

2.3.3 Các đặc tính kĩ thuật của hệ thống cân băng định lượng

Một hệ thống tự động điều khiển nói chung muốn đưa vào sử dụng trongthực tế phải thoả mãn được các yêu cầu kỹ thuật như: Chính xác, ổn định, làm việclâu dài tin cậy, phải đảm bảo chỉ tiêu kinh tế ( giá thành lắp đặt rẻ, chi phí vậnhành thấp ) Hệ thống cân băng định lượng của nhà máy xi măng có các đặc tính

kỹ thuật sau:

- Hình thức định lượng: Cân băng tải theo định mức

- Cho phép thay đổi năng suất các cân theo tình hình sản xuất và tiêu thụsản phẩm bằng bàn phím máy tính

- Tốc độ tối đa của các băng tải cân: 1,0  10,0 m/ph (tùy cân)

- Sai số của các cân :  2%

- Có hiện số về tốc độ băng tải và trọng lượng tức thời trên các băng tải trênhộp điều khiển và trên màn hình máy tính đặt tại phòng điều khiển

- Có các chương trình cân, kiểm định cân và chỉnh định hoàn toàn tự động

- Chương trình quản lý đi kèm với phần mềm điều khiển (một thành phầntrong chương trình điều khiển) cho phép hiển thị ,lưu trữ ,in ra các số liệu cầnthiết: Các tham số điều khiển năng suất định mức tức thời của cân, thời gian làmviệc và tổng năng suất tương ứng theo thời gian ca hoặc ngày hoặc tháng Nếu hệthống chạy gián đoạn nhiều lần trong ngày thì chương trình vẫn tự động tính vàcộng dồn lại Trong trường hợp hệ thống làm việc liên tục từ ngày này sang ngàykhác thì các số liệu vẫn được tự động cập nhật cho từng ngày Đặc biệt hệ thống tựđộng theo dõi tất cả các tham số điều khiển (tỉ lệ % phối liệu ,năng suất ,các hệđiều khiển ) và quá trình chạy gián đoạn trong ngày (thời gian chạy ,thời giandừng ,tổng thời gian làm việc).

2.4 Hệ truyền động cân băng định lượng

2.4.1 Yêu cầu đối với hệ truyền động

Ta phải chọn hệ truyền động điện để cho các cân băng hoạt động chính xác

ổn định theo các yêu cầu kỹ thuật sau:

- Động cơ phải đảm bảo công suất đủ lớn ( 0,75KW ÷3,5 KW )

- Khởi động đầy tải trên băng

- Điều chỉnh trơn   1 để đạt được độ chính xác trong điều chỉnh

- Đảm bảo độ bền vật lý đối với các thiết bị

2.4.2 Yêu cầu thiết kế hệ thống

Hệ thống cân băng định lượng là hệ thống điều khiển tự động với sự tham gia điều khiển của máy tính Do vậy có những đặc điểm cấu trúc như sơ đồ khối sau:

- Máy tính: Thực hiện chức năng xử lý thông tin ,sau khi thu thập và tính

toán giá trị đầu vào để đưa ra tín hiệu điều khiển theo một luật điều chỉnh nào đó

- AD, DA: Bộ biến đổi tín hiệu tương tự, số

- Thiết bị chấp hành: Thực hiện các lệnh điều chỉnh từ máy tính đưa ra tácđộng lên đối lượng điều khiển

- Đối tượng điều khiển: Là động cơ điện ,biến điện năng thành cơ năng kéomáy sản xuất

- Khối đo lường: Có nhiệm vụ thu nhận thông tin cần thiết và chuyển các

thông tin đó thành tín hiệu điện (dòng ,áp)

2.4.3 Sơ đồ khối và nguyên lí hoạt động của hệ thống điều khiển cân băng tự động

Đầu đo khối

lượng

Phản hồi tốc độ

Động cơ

Biến tần D/A

Bộ điều khiển

Đặt năng suất (kg/ph)

A/D K/Đ

Hình 2.5 Sơ đồ khối của hệ thống

*Khối 1: Đầu đo khối lượng

* Khối 2: Khối khuyếch đại

Tín hiệu từ bộ chuyển đổi rất nhỏ do đó ta cần dùng bộ khuyếch đại tínhiệu Có rất nhiều bộ khuyếch đại ,giữa bộ khuyếch đại thuật toán và bộ khuyếchđại thông thường về cơ bản không khác nhau nhiều ,cả hai loại này đều dùngkhuyếch đại điện áp ,dòng điện và công suất Trong khi tính chất của bộ khuyếchđại thông thường phụ thuộc vào kết cấu bên trong của mạch thì tác dụng của bộ

khuyếch đại thuật toán có thể thay đổi được và chỉ phụ thuộc vào các linh kiệnmắc ở ngoài Để thực hiện điều đó bộ khuyếch đại thuật toán phải có hệ sốkhuyếch đại lớn ,trở kháng vào lớn ,trở kháng ra nhỏ Và bộ khuyếch đại thuậttoán được biểu diễn như hình sau:

Hình 2.6 Sơ đồ khuếch đại đảo 2 tầng

* Khối 3: Bộ chuyển đổi A/D & D/A

Là bộ chuyển đổi tương tự số ,làm nhiệm vụ chuyển đổi các tín hiệu tương

tự thành tín hiệu số

Ta phải sử dụng bộ chuyển đổi này là vì: Các tín hiệu điều khiển thường làtín hiệu tương tự ,trong hệ thống điều khiển số ta cần sử dụng máy tính để điềukhiển hệ thống ,mà máy tính chỉ có thể xử lý đối với các tín hiệu số Vì vậy cầnphải chuyển đổi các tín hiệu tương tự thành tín hiệu số nhờ bộ chuyển đổi A/D.Còn khi đưa tín hiệu ra để điều khiển các thiết bị hoặc hiển thị thông qua khối hiểnthị ta dùng bộ chuyển đổi D/A để chuyển tín hiệu số thành tín hiệu tương tự

* Khối 4: Bộ điều khiển

Bộ điều khiển thực hiện chức năng thu thập thông tin số liệu và xử lý cácthông tin đó ,tính toán giá trị đầu vào để đưa ra tín hiệu điểu khiển nào đó

* Khối 5: Biến tần

Biến tần dùng để biến đổi u1,f1 thành u2,f2 theo yêu cầu để cung cấp chođộng cơ Lúc này động cơ không được nối trực tiếp với lưới điện mà nối qua bộbiến tần

* Khối 6: Động cơ

Người ta thường sử dụng động cơ không đồng bộ rô to lồng sóc Trongthực tế động cơ điện không đồng bộ được sử dụng rộng rãi nhất so với động cơmột chiều ,vì nó có các ưu điểm sau : cấu tạo đơn giản ,kích thước ,trọng lượngnhỏ hơn khi cùng một công suất định mức ,giá thành rẻ ,dễ sử dụng ,tính năng kỹthuật khá tốt ,làm việc tin cậy ,vốn đầu tư cơ bản và chi phí vận hành ít hơn Sửdụng trực tiếp lưới điện xoay chiều ba pha ,do đó trong nhiều trường hợp khôngcần các thiết bị biến đổi kèm theo

Tuy nhiên nhược điểm của nó là điều chỉnh tốc độ và khống chế các quátrình quá độ khó khăn hơn ,hệ số công suất thấp ,động cơ lồng sóc có các chỉ tiêukhởi động xấu (dòng điện khởi động lớn ,mômen khởi động nhỏ)

* Nguyên lý hoạt động của hệ thống:

Khi khởi động ta đưa tín hiệu vào trạng thái sẵn sàng và chạy chương trìnhđiều khiển ,bộ điều khiển khởi động và chạy theo năng suất đã định trước Trên sơ

đồ khối của băng tải được lắp đặt các cân điện tử để đo tải trọng trên chiều dàibăng tải xác định (thường trong khoảng 11,5m), tín hiệu đo được qua bộkhuyếch đại để đưa vào bộ điều khiển Các tín hiệu khối lượng (m) từ loadcell vàvận tốc (v) từ encoder được đọc vào bộ điều khiển ( máy tính và PLC) theo cácđường tín hiệu khối lượng và tốc độ

Bộ điều khiển sẽ tính được năng suất thực của các cân Qthực = m.v so sánhvới năng suất đặt trước Qđặt của chúng được nhập vào từ bàn phím sau khi đượchiệu chỉnh thì sẽ đưa ra tín hiệu điều khiển Uđk (thường có giá trị 010 V) để điều

khiển các động cơ thông qua bộ biến tần Mục đích là để điều chỉnh tốc độ động

cơ hợp lý cho băng tải cân băng sao cho sai số năng suất thực của cân Qthực với

năng suất định mức Qđăt của chúng đạt được  2%.

Khi hệ thống có sự cố như băng tải ngừng hoạt động hoặc mất nguồnnguyên liệu dẫn tới tốc độ băng tải nhanh (động cơ điều chỉnh tốc độ băng tải cótốc độ lớn hơn định mức), hoặc lượng nguyên liệu xuống quá nhiều làm cho băngtải dừng hoạt động ,thì đầu đo khối lượng sẽ đưa tín hiệu vào bộ điều khiển Lúcnày trong bộ điều khiển đã được cài đặt chương trình sẵn sẽ xử lý ngay sự cố xảy

ra, làm cho tất cả hệ thống đều dừng làm việc và báo lỗi để công nhân vận hànhbiết và xử lý.

2.5 Tỉ lệ % phối liệu

Trong quá trình sản xuất clinker ,xi măng ngoài các yếu tố như phươngpháp sản xuất – kỹ thuật nung luyện … thì thành phần hóa học của nguyên liệu làyếu tố đầu tiên quyết định đến chất lượng sản phẩm Do vậy vấn đề cơ bản củacông nghệ sản xuất xi măng là làm sao tìm được những nguyên liệu với tỷ lệ thíchhợp để nung luyện cho ra clinker ,xi măng có chất lượng như mong muốn

Tỷ lệ phối liệu sản xuất clinhker trong nhà máy xi măng cẩm phả như sau:

2.6 Các thông số kĩ thuật của CBĐL trong nhà máy xi măng Cẩm Phả

2.6.1 Cân băng định lượng đá vôi -122WF01 ( Mutidos 1640 T80)

Chiều rộng băng và khoảng cách giữa 1200/5500 mm

Diện tích đường vào (W x L) 800 x 1800 mm

Hộp giảm tốc RH65

Chiều rộng băng và khoảng cách giữa 1200/5500 mm

Diện tích đường vào (W x L) 800 x 1800 mm

Khoảng cách đường vào/ra 3400 mm

Diện tích đường vào (W x L) 800 x 1400 mm

Chiều rộng băng và khoảng cách giữa 1200/5000 mm

Diện tích đường vào (W x L) 800 x 1400 mm

Bảng 2.4

2.6.5 Băng tải chính

Bảng 2.5

Chương 3 LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ CẢM BIẾN VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH ĐIỀU KHIỂN TRONG HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG 3.1 Các phần tử chính dùng trong hệ thống cân băng định lượng

Hệ thống cân băng định lượng thực hiện công việc định lượng liệu theo một

tỷ lệ nhất định đòi hỏi sự chính xác ,công việc này thực hiện được nhờ vào nhiều

bộ phận cấu thành ,mà trong đó bao gồm một số phần tử đo lường ,điều khiển vàgiám sát sau:

+ Máy tính :

Máy tính được đặt tại phòng điều khiển trung tâm ,có chức năng : cho phép

kỹ thuật viên giám sát liên tục các hoạt động trong hệ thống để điều khiển quátrình ,hiển thị báo cáo về quá trình sản xuất ,chỉ thị giá trị đo lường dưới dạng cáctrang màn hình ,trang đồ thị ,trang sự kiện ,thu thập dữ liệu và đưa vào lưu trữ theotrang nhất định

+ Động cơ không đồng bộ ba pha:

Động cơ loại này dùng truyền động chính cho băng tải

+ Hộp số.

Đóng vai trò quan trọng trong việc truyền động giữa động cơ với băng tải

và các con lăn Nó là một tổ hợp biệt lập gồm các bộ phận truyền bánh răng haytrục vít để giảm số vòng quay và truyền công suất đến các cơ cấu chấp hành

+ Cảm biến :

Cảm biến đóng vai trò là đầu vào của PLC ,mục đích là cân trọng lượngliệu được vận chuyển và đo tốc độ của băng tải

+ Đầu cân:

Đo khối lượng liệu ,chuyển thành giá trị điện áp hoặc dòng

3.2 Lựa chọn các loại cảm biến

3.2.1 Cảm biến trọng lượng(loadcell)

Cảm biến trọng lượng ( cảm biến lực) dùng trong việc đo khối lượng được

sử dụng phổ biến là loadcell Đây là một kiểu cảm biến lực biến dạng Lực chưabiết tác động vào một bộ phận đàn hồi ,lượng di động của bộ phận đàn hồi biếnđổi thành tín hiệu điện tỷ lệ với lực chưa biết Sau đây là giới thiệu về loại cảmbiến này:

Bộ phận chính của loadcell là những tấm điện trở mỏng loại dán Tấm điệntrở là một phương tiện để biến đổi một biến dạng nhỏ thành sự thay đổi tương ứngtrong điện trở Một mạch đo dùng các miếng biến dạng sẽ cho phép thu được mộttín hiệu điện tỷ lệ với mức độ thay đổi của điện trở Mạch thông dụng nhất sửdụng trong loadcell là cầu Wheatstone

Nguyên lý :

Cầu Wheatstone là mạch đo được chọn dùng nhiều nhất cho việc đo nhữngbiến thiên điện trở nhỏ (tối đa là 10%) ,chẳng hạn như việc dùng các miếng đobiến dạng Phần lớn các thiết bị đo đạc có sẵn trên thị trường đều không ít thìnhiều dùng phiên bản của cầu Wheatstone đã được sàng lọc Như vậy ,việc tìmhiểu nguyên lý cơ bản của loại mạch này là một điều cần thiết

Hình 3.1 Mạch cầu Wheatstone

Cho một mạch gồm bốn điện trở giống nhau R1, R2, R3, R4 tạo thành cầuWheatstone như trên hình trên Đối với cầu Wheatstone này ,bỏ qua những sốhạng bậc cao ,hiệu thế đầu ra Em thông qua thiết bị đo với trở kháng Zm sẽ là:

4 3

3 2

2 1

1 [ ) 1

(

R R

R R

R R

R Zm R

là biến đổi đơn vị của mỗi điện trở Ri

R là điện trở danh nghĩa ban đầu của các điện trở R1,R2,R3,R4 (thường là

350 ohms ,nhưng có thể là 750 ohms dành cho các bộ cảm biến )

V là hiệu thế nguồn

Điện thế nguồn có thể thuộc loại liên tục với điều kiện là dùng một nguồnnăng lượng cung cấp thật ổn định Các thiết bị trên thị trường đôi khi lại dùngnguồn cung cấp xoay chiều Trong trường hợp đó phải tính đến việc sửa đổi mạch

cơ bản để có thể giải điều chế thành phần xoay chiều của tín hiệu

Trong phần lớn các trường hợp, Zm rất lớn so với R (Ví dụ như Volt kế số,

bộ khuếch đại với phần nối trực tiếp ) nên biểu thức trên có thể viết lại là :

4

4 3

3 2

2 1

1 [

R R

R R

R R

-điện trở kề bên nhau, ví dụ là R1 và R2, lại là trừ khử nhau Đặc tính này của cầuWheatstone thường được dùng để bảo đảm tính ổn định nhiệt của các mạch miếng

đo và cũng để dùng cho các thiết kế đặc biệt

3.2.1.2Chuyển đổi điện trở lực căng

a) Nguyên lý tác dụng, cấu tạo và các quan hệ cơ bản:

Khi dây dẫn chịu biến dạng cơ khí thì điện trở của nó thay đổi, hiện tượng

đó gọi là hiện tượng tenzo gọi là chuyển đổi điện trở Tenzo hay chuyển đổi điệntrở lực căng Chuyển đổi điện trở lực căng được chia làm ba loại: chuyển đổi điệntrở lực căng dây mảnh, lá mỏng vả màng mỏng Phổ biến nhất là chuyển đổi điệntrở lực căng dây mảnh, có cấu tạo như hình 3.2 Trên tấm lá mỏng (1), dán một sợidây điện trở tenzo (2) hình răng lược có đường kính từ 0.02÷ 0.03 mm Dây đượcchế tạo bằng các vật liệu caftan, nicrôm, hợp kim Palatin-iridi Hai đầu dây đượchàn với lá đồng (3) dùng để nối với mạch đo Phía trên được gián tấm giấy mỏng

để cố định dây Chiều dài đo là chiều dài tác dụng của chuyển đổi

Thông thường l0= 8 ÷ 15 mm Khi cần có kích thước nhỏ l0= 2.5mm Chiềurộng a thay đổi tư 3÷ 10 mm Điên trở thay đổi từ 10÷ 150 Khi chiều dài tácdụng không bị hạn chế 10 có thể dài tới 100mm Điện trở tương ứng 800÷ 1000

 Khi độ biến dạng  l= l/l chuyển đổi lên được gán lên đối tượng đo, lúc đốitượng đo bị biến dạng, chuyển biến dạng theo và điện trở của chuyển đổi TenZo

thay đổi một lượng

R

(3-3) Hay εR = f(εl)

Hình 3.2 Điện trở lực căng dây mảnh

l0B

Điện trở dây dẫn được xác định theo công thức:

s

l

Trong đó là điện trở suất l là chiều dài đường dây

s là tiết diện dây dẫn

Do đó R R  l l s s





Hay εR = εp + εl - εs

 : sự biến thiên tương đối theo chiều dài dây dẫn

  : sự biến thiên tương đối của điện trở suất đặc trưng cho sựthay đổi tính chất vật lý của vật liệu chuyển đổi

 sự biến thiên tương đối theo tiết diện dây dẫn, đặc trưng cho

sự thay đổi kích thước hình học của chuyển đổi

Trong cơ học đã biết er = -2kpe1 (k1-hệ số poisen) và nếu er = m e; m là hệ số

tỉ lệ

Ta có es = e1(1+2kp+m) = k e1 (3-4)

Đây là phương trình biến đổi tổng quát của chuyển đổi điện trở lực căng

Độ nhạy của chuyển đổi lầ: k = er ÷ e1= 1+2kp+m

Do ứng suất có trong chi tiết cần nghiên cứu liên quan với môđun đàn hồi,

 và phương trình biến đổi của chuển đổi lực căng có thể biểu diễn

dưới dạng :

E

k R

b) Tính chất của chuyển đổi điện trở lực căng:

Để các chuyển đổi điện trở lực căng làm việc tốt, trong thực tế yêu cầu vậtliệu chế tạo chuyển đổi có độ nhạy lớn để độ nhạy đạt được cao

Hệ số nhiệt độ của dây điện trở càng nhỏ càng tốt, cần phải bù nhiệt độtrong mạch đo

Vật liệu chế tạo dây điện trở cần có điện trở suất để kích thước của chuyểnđổi nhỏ

Độ nhạy của các chuyển đổi loại dây mảnh không giống độ nhạy cảm củavật liệu chế tạo nó Vì quá trình chế tạo hình răng lược, phần bị uốn không chịubiến dạng theo hướng cần đo làm dộ nhạy giảm (25 ÷ 30)% Muốn vậy phải tăng

dộ dày tác dụng l0, mặt khác các phần uốn lại chịu lực tác dụng vuông góc với trụccủa chuyển đổi gây sai số trong quá trình đo

c) Mạch đo:

Thông thường chuyển đổi điện trở lực căng được dùng với mạch cầu mộtchiều hoặc xoay chiều Khi mạch cầu chỉ có một nhánh hoạt động (tức là chỉ mộtchuyền đổi hoạt động) vấn đề bù nhiệt độ phải được thực hiện do vậy người tadùng một chuyển đổi cùng loại dán lên chi tiết, không làm việc cùng vật liệu vớiđối tượng đo và đặt trong cùng một nhiệt độ

Hình 3.3 Cấu tạo bên trong của loadcell

Khi cầu không làm việc ở trạng thái cân bằng K

R

R R

Khi đối tượng đó làm việc RT thay đổi thành eR.R

Cầu mất cân bằng và điện áp ra

4 2 31

1

R R R R

R R R R U

U

T R

T R ra

Ta có :Ura ~ 0.25 U εR

d) Sai số và phạm vi ứng dụng:

Sai số của thiết bị đo dùng TenZo chủ yếu đo độ chính xác khắc độ cácchuyển đổi Không thể khắc độ trực tiếp đơn chiếc, chúng được chế tạo hàng loạt

và được chuẩn sơ bộ

Khi sử dụng cần phải có công nghệ dán chuẩn và chọn vị trí chính xác Sai

số có thể đạt tới 1%÷5%

Khi chuẩn trực tiếp chuyển đổi với mạch sai số có thể giảm đến (0,2÷0,5)%khi đo biến dạng tĩnh và (1÷1,5)% khi đo biến dạng động Ngoài ra còn có sai sốbiến dạng dư của keo dán khi sấy khô, do sự giản nở khác nhau giữa chuyển đổi vàchi tiết dán

Các chuyển đổi lực căng dùng để đo lực áp suất, mômen quay, gia tốc vàcác đại lượng khác nếu có thể biến đổi thành biến dạng đàn hồi với ứng suất không

trọng chịu đựng, chịu lực kéo hay nén Tùy hãng sản xuất mà các đầu dây ra củaloadcell có màu sắc khác nhau Có thể kể ra như sau:

Các màu sắc này đều được cho trong bảng thông số kỹ thuật khi mua từngloại loadcell

Trong thực tế còn có loại load cell sử dụng kỹ thuật 6 dây cho ra 6 đầudây Sơ đồ nối dây của loại load cell này có thể có hai dạng như sau :

Hình 3.4 Cầu đo thực tế

Như vậy ,thực chất load cell cho ra 6 dây nhưng bản chất vẫn là 4 dây vì ở

cả hai cách nối ta tìm hiểu ở trên thì các dây +veInput (Exc+) và +veSense(Sense+) là nối tắt, các dây -veInput (Exc-) và -veSense (Sense-) là nối tắt

Exc+

Sig+

Sig+ Xanh Xanh Trắng Xanh lá cây

Sig- Trắng Trắng Đỏ Xanh dương

Có nhiều kiểu hình dạng loadcell cho những ứng dụng khác nhau Do đócách kết nối loadcell vào hệ thống cũng khác nhau trong từng trường hợp.

Thông số kỹ thuật của từng loại loadcell được cho trong catalogue của mỗiloadcell và thường có các thông số như : tải trọng danh định, điện áp ra danh định(giá trị này có thể là từ 2mV/V đến 3 mV/V hoặc hơn tùy loại loadcell), tầm nhiệt

độ hoạt động, điện áp cung cấp, điện trở ngõ ra, mức độ chịu được quá tải…

Tùy ứng dụng cụ thể mà cách chọn loại loadcell có thông số và hình dạngkhác nhau Hình dạng loadcell có thể đặt cho nhà sản xuất theo yêu cầu ứng dụngriêng Sau đây là hình dạng của một số loại loadcell có trong thực tế

Hình 3.5 Giới thiệu hình ảnh một số loadcell có trong thực tế

3.2.1.4 Loadcell sử dụng trong hệ thống cân băng tải

Hiện nay có nhiều loại loadcell do nhiều hãng khác nhau chế tạo Chúngphân biệt với nhau ở phạm vi hoạt động ,dải đo ,độ chính xác và nhiều thông sốkhác Việc lựa chọn loại loadcell phụ thuộc vào từng ứng dụng cụ thể Dưới đâygiới thiệu về đầu đo lực loadcell loại B74-BUTTNER ,một loại loadcell được sửdụng rộng rãi trong các hệ thống đo lương công nghiệp.

Hình 3.6 loadcell B74-BUTTNER Các thông số kỹ thuật chính của loadcell :

Khả năng tải lớn nhất khi làm việc Pmax = 100 kg

Khả năng chịu tải lớn nhất (over load / tải phá hỏng) P = 200 kg

3.2.2 Cảm biến tốc độ

Trong công nghiệp, việc đo vận tốc, trong phần lớn các trường hợp thường là

đo tốc độ quay của máy Trong trường hợp chuyển động thẳng, việc đo vận tốc dàicũng thường được chuyển sang đo tốc độ quay Các cảm biến công nghiệp dùng

để đo vận tốc dựa trên định luật Faraday:

e=dt d (3-6)

Với e là suất điện động xuất hiện khi từ thông thay đổi một lượng dф trongkhoảng thời gian dt Khi đó từ thông đi qua một mạch là một hàm số dạng :ф(x)=ф0.F(x), với x là biến số của vị trí thay đổi theo đường thẳng hoặc vị trí theogóc quay

Mọi sự chuyển động tương đối giữa nguồn từ thông và mạch có từ thông điqua sẽ làm trong mạch xuất hiện một suất điện động có biên độ tỷ lệ với tốc độdịch chuyển Suất điện động này chứa đựng trong nó tín hiệu ra của cảm biến e=-ф0.dF dx(x).dx dt (3-7)

Trong hệ thống, chúng ta sử dụng Encoder để đo tốc độ động cơ của các băngtải cấp liệu

Encoderđo tốc độ quay của động cơ, vật trung gian thường dùng là đĩa gắnliền với trục quay cần đo tốc độ Đĩa có cấu tạo tuần hoàn: bề mặt của đĩa đượcchia thành p phần bằng nhau (chia theo góc ở tâm), mỗi phần mang một dấu hiệuđặc trưng như lỗ đường vát, bánh răng

Một cảm biến thích hợp được đặt với vật trung gian để ghi nhận một cáchngắt quãng mỗi khi có một dấu hiệu đi qua và một lần như vậy nó cung cấp mộttín hiệu xung Biểu thức của tần số f của tín hiệu xung được viết dưới dạng:

F = p.N (3-8)Trong đó f là tần số đo bằng Hz, p là số lượng dấu hiệu trên đĩa và N là sốvòng quay của đĩa trong mỗi giây