“Nghiên cứu hệ thống cân băng định lượng trong nhà máy sản xuất xi măng lò đứng”.

“Nghiên cứu hệ thống cân băng định lượng trong nhà máy sản xuất xi măng lò đứng”.

Với đề tài “Nghiên cứu hệ thống cân băng định lượng trong nhà máy sản xuất xi măng lò đứng”

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ CÔNG TY XI MĂNG TIÊN SƠN – HÀ TÂY

1.1 Giới thiệu sơ lược về công ty:

Công ty xi măng Tiên Sơn tiền thân là nhà máy vôi đá, năm 1995 được sự quan tâm chỉ đạo của Đảng và Nhà nước, nhà máy đã đầu tư xây xựng một dây chuyền sản xuất xi măng có công 25Tấn/h và đưa vào hoạt động từ năm 1996,thiết bị và dây chuyền công nghệ ban đầu được nhập khẩu hoàn toàn của Trung Quốc,với tổng giá trị đầu tư ban đầu là 39 tỷ đồng.Sau gần 10 năm hoạt đông sản xuất cho tới nay nhà máy đã có nhiều thay đổi sửa chữa nâng cấp thiết bị cũng như dây chuyền công nghệ,nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế trong quá trình sản xuất, đặc biệt là đã kết hợp cùng với trường Đại Học Công Nghiệp Thái Nguyên để thiết kế cải tiến và thay thế một số thiết bị của dây chuyền cân băng định lượng

Với đội ngũ CBCNV giàu kinh nghiệm đã đưa nhà máy hoạt động ngày càng phát triển

đi lên,có hiệu quả kinh tế cao luôn đạt danh hiệu là đơn vị đi đầu cho ngành xi măng trong khu vực.với cơ cấu sắp xếp tổ chức cán bộ hợp lý không những đã đưa nhà máy hoạt động có hiệu quả kinh tế cao mà còn xứng danh là đơn vị vững mạnh trong công tác tổ chức công đoàn và đoàn TN của khu vực.Với địa hình nhà máy được xây dựng trên vùng đất của xã Hồng Quang - huyện Ứng Hoà tĩnh Hà Tây,khu sản xuất đặt sát với

núi thuận tiện cho việc khai thác đá nguyên liệu, văn phòng làm việc của công ty được xây dựng cách nhà máy sản xuất khoảng 500m,thuận tiện cho việc quản lý và theo dõi

xử lý kịp thời những vướng mắc trong quá trình sản xuất, để tiện cho việc giao dịch và tiêu thụ sản phẩm công ty đã xây dựng tất cả 3 văn phòng đại diện trên địa bàn các huyện và tĩnh lân cận trong khu vực.Với phương châm phấn đấu sản xuất và tiêu thụ 150.000 tấn xi măng trên năm, trong nhiều năm nhà máy đã phải hoạt động liên tục hết công suất để hoàn thành mọi chỉ tiêu đề ra, trong thời gian gần đây sản phẩm xi măng của nhà máy sản xuất ra không đủ cung cấp cho thị trường trong tĩnh và trong nước, hướng tới công ty muốn đầu tư nâng công suất sản xuất của nhà máy lên nhằm đảm bảo

đủ sản lượng để cung cấp cho thị trường tiêu thụ trong nước đặc biệt là thị trường trong tĩnh Hà Tây và một số tĩnh lân cận.

1.2 Tìm hiểu về tổ chức hoạt động của công ty :

Được biết công ty hoạt động sản xuất có hiệu quả, sản phẩm sản xuất ra được người tiêu dùng ưa chuộng là nhờ có bộ máy lãnh đạo tốt, kết hợp với việc bố trí sắp xếp công việc hợp lý cho từng CBCNV Qua tìm hiểu được biết sơ đồ tổ chức của công

ty như sau : (Hình 1.1)

Hình 1.1 – Sơ đồ tổ chức công ty xi măng Tiên Sơn

1.3.Quy trình công nghệ sản xuất xi măng - Nhà máy xi măng Tiên Sơn:

Với thiết kế quy trình công nghệ gồm hai dây chuyền hoạt động song song với nhau nhà máy đã sản xuất rất có hiệu quả, tránh được việc lãng phí thời gian và nguyên vật liệu trong quá trình sản xuất, kết hợp với việc cải tạo thay thế một số thiết bị trong dây chuyền, nên hiện nay nhà máy đã thuộc diện một trong những nhà máy sản xuất xi măng hiện đại của nước ta Đặc biệt là hệ thống cân băng định lượng, công ty đã kết hợp với trường đại học công nghiệp - Thái Nguyên để cải tạo và thay thế hệ thống cân băng định lượng, trước đây sử dụng theo nguyên lý cấp liệu rung, thay vào đó nay được lắp

Giám Đốc Phụ trach chung

PHÒNG VTVT

PHÒNG TCHC

PHÒNG VTTK

PHÒNG KHĐĐ

PHÒNG T.PHẨM

PX

Cơ điiện

PX Liệu

PX

Lò

PX K.thác đá

PX T.phẩm

đặt hệ thống cân cấp liệu tự động điều khiển bằng biến tần, thiết bị hiện đại được mô phỏng trên máy tính Dưới đây là sơ đồ khối dây chuyền sản xuất xi măng của nhà máy

xi măng Tiên Sơn–Hà Tây (Hình 1.2):

Phân ly số 1 + 2

Hạt thô

Kiểm tra

Si lô 6,7,8 Máy hút bụi

Nhập kho

B

Si lô 9,10,11 Máy hút bụi Si lô 12,13

Nghiền xi số 3+4 Máy hút bụi

Hệ thống cân băng định lượng số 3+4

Kiểm tra Kiểm tra

Hình 1.2 – Sơ đồ khối dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng –Cty xi măng Tiên Sơn

1.4 Thuyết minh sơ đồ công nghệ:

1.4.1 Công đoạn chuẩn bị nguyên liệu

Nguyên liệu để sản xuất xi măng chủ yếu là đá vôi, ngoài ra còn có các loại phụ gia khác như than, đất, quặng sắt, thạch cao Với điều kiện thuận lợi là nguyên liệu ở gần sát nhà máy, đá sau khi được khai thác được hệ thống các băng tải cao su vận chuyển về nơi tập kết và được phân loại (đá vôi đen, đá vôi xanh), kiểm tra chất lượng

Đá đạt chất lượng có kích thước giới hạn là 350 mm

Đá đã đạt chất lượng được đưa xuống các máng đá, từ các máng đá này, được các băng tải xích tấm đưa đến các máy kẹp hàm đá để thực hiện công đoạn đập đá lần thứ nhất Sau khi qua các máy kẹp hàm này thì kích thước đá đạt kích thước giới hạn là 80

mm

Sau khi qua công đoạn đập đá lần 1, đá được hệ thống băng tải cao su đưa vào máy đập búa để thực hiện công đoạn đập đá lần 2 Qua khỏi công đoạn này, đá nguyên liệu đạt kích thước 25 mm và được hệ thống gàu tải xúc lên đổ vào các xilo 1 và 2 Các loại phụ gia khác thì được đưa từ các nơi về và tập kết ở kho chứa phụ gia qua công đoạn đập nhỏ, sấy, sàng phân loại để có được kích cỡ quy định tạo điều kiện cho máy nghiền đạt năng suất sau đó được đổ vào các xilo 3và 4

Riêng phụ gia đá thạch cao thì cũng như đá nguyên liệu (đá vôi) được máy kẹp hàm đập nhỏ rồi được gàu tải xúc lên chứa trong xilo 5

1.4.2 Công đoạn phối và nghiền nguyên liệu

Đây là công đoạn quan trọng, quyết định chất lượng sản phẩm của công nghệ sản xuất xi măng lò đứng Đảm nhận công đoạn quan trọng này chính là hệ thống cân băng định lượng điều khiển bằng máy vi tính Hệ thống gồm 06 bộ cân băng được đặt dưới đáy các xilo theo thứ tự từ cuối băng tải chính đến miệng máy nghiền là : Đá 1, đá 2, than, quặng sắt, thạch cao Nhiệm vụ chính của các cân băng đáp ứng sự ổn định về lưu lượng và điều khiển lượng nguyên liệu cấp này sao cho phù hợp với yêu cầu công nghệ đặt ra

Nguyên liệu từ đáy các xilo được trút lên mặt các băng tải cân băng qua hệ thống cấp liệu Mỗi cân băng trong hệ thống nhận 1 nhiệm vụ khác nhau (vận chuyển các nguyên liệu khác nhau với 1 lưu lượng khác nhau) nhằm mục đích khống chế và điều chỉnh (tốc độ băng) sao cho lưu lượng liệu nhận được ứng với giá trị đặt trước theo yêu cầu công nghệ sản xuất với sai số bé hơn hoặc bằng giá trị cho phép

Hệ thống 06 cân băng định lượng này đổ nguyên liệu lên 1 băng tải cao su và băng tải này có nhiệm vụ vận chuyển nguyên liệu (đã được phối) đổ vào máy ngiền bi thực hiện nghiền thành bột liệu Các hạt bột liệu đạt tiêu chuẩn (về kích thước) sẽ được

hệ thống gàu tải xúc lên đổ vào cá xilo chứa, các hạt chưa đạt (có độ mịn > 10% trên sàng 4900 lỗ/cm2 ) sẽ được máy phân ly đưa trở lại vào đầu máy nghiền để nghiền lại

Tỷ lệ phối liệu theo định mức sau:

Đá2 : từ (32 ÷ 40%) Quặng sắt : 6%

Than đá : 16%

Thạch cao : 5%

1.4.3 Công đoạn nung luyện clinke

Đây cũng là 1 trong những công đoạn quyết định chất lượng của sản phẩm Bột liệu được lấy ra và được đồng nhất bằng hệ thống rút liệu,sau đó qua hệ thống máy trộn

ẩm đạt độ ẩm 60% rồi đưa vào máy vê viên kiểu sàng quay Những viên liệu có kích cỡ

6 → 8 mm sẽ được đổ xuống 1 băng tải cao su rồi đưa vào hệ thống cấp liệu cho lò nung, các viên liệu được cấp vào lò bằng cách rãi đều từng lớp một và được nung ở nhiệt độ 1500oc sau đó được rút ra bằng hệ thống máy ghi xả Lúc này các viên liệu đã trở thành clinke và dính vào nhau thành từng tảng có kích thước khoảng 80 → 100 mm

Hệ thống ghi xả sẽ xả clinke nóng lên băng tải xích tấm đặt ngay dưới đáy lò và các tảng clinke được đưa vào máy kẹp hàm clinke để đập nhỏ Tuỳ theo chất lượng clinke tốt hay xấu mà được đưa vào chứa trong các xilo riêng (Để sau này rút ra và phối với các lượng phụ gia khác nhau

1.4.4 Công đoạn nghiền clinke thành ximăng thành phẩm và đóng bao xi măng

Clinke sau khi được các bộ phận chức năng kiểm tra chất lượng, clinke được hệ thống cân băng định lượng phối cùng với các thành phần đá mỡ, thạch cao, đất pháp cổ,

xỉ bông theo một tỷ lệ nhất định, sau đó được hệ thống băng tải cao su đưa vào máy nghiền bi Sản phẩm sau máy nghiền chính là xi măng thành phẩm Các hạt xi măng chưa đạt (có độ mịn > 10% trên sàng 4900 lỗ/cm2 ) sẽ được máy phân ly đưa trở lại vào đầu máy nghiền để nghiền lại Sản phẩm xi măng đạt chất lượng được đổ vào các xilo

14, 15, 16 Sau khi để nguội thì được đưa vào máy đóng bao, thành phẩm được đóng kho kết thúc quy trình sản xuất

Trong các nhà máy sản xuất công nghiệp, các dây chuyền sản xuất xi măng, hệ thống cân băng định lượng còn đáp ứng sự ổn định về lưu lượng liệu và điều khiển lượng liệu cho phù hợp với yêu cấu, chính vì nó đóng một vai trò rất quan trọng trong việc điều phối và hoạch định sản xuất, do đó nó quyết định vào chất lượng sản phẩm, góp phần vào sự thành công của công ty

Cân băng định lượng trong nhà máy sản xuất xi măng là cân băng tải, nó là thiết bị cung cấp kiểu trọng lượng vật liệu được chuyên trở trên băng tải mà tốc độ của nó được điều chỉnh để nhận được lưu lượng vật liệu ứng với giá trị do người vận hành đặt trước

2.2 Cấu tạo của cân băng định lượng :

Cấu tạo của cân băng định lượng gồm các phân sau:

1: Phễu cấp liệu 2: Cảm biến trọng lượng (Load Cell)

2.3 Tế bào cân đo trọng lượng:

Là thiết bị đo trọng lượng trong hệ thống cân định lượng bao gồm 2 loại tế bào là

loại SFT (Smat Foree Tran Sduer) và tế bào cân Tenzomet

2.3.1 Nguyên lý tế bào cân số SFT:

Đầu đo trọng lượng là nơi đặt tải cần đo, nó truyền lực tác động trực tiếp của tải lên một đây dẫn đặt trong từ trường không đổi Nó làm thay đổi sức căng của dây dẫn nên dây dẫn bị dao động (bị rung) Sự dao động của dây dẫn trong từ trường sinh ra sức điện động cảm ứng Sức điện động này có tác động chặt chẽ lên tải trọng đặt trên đầu đo Đầu cảm biến nhiệt độ xác định nhiệt độ của môi trường để thực hiện việc chỉnh định

vì các phần tử SFT phụ thuộc vào rất nhiều vòng nhiệt độ

Bộ chuyển đổi : Chuyển đổi các tín hiệu đo lường từ đầu đo thành dạng tín hiệu số

Bộ xử lý : Xử lý tất cả các tín hiệu thu được và các tín hiệu ra bên ngoài theo phương thức truyền tin nối tiếp

Bảng thống kê một số loại tế bào

Năng lượng tiêu

thụ

1w 1w 1w 1w 1w 1w

2.3.2 Nguyên lý tế bào cân Tenzomet:

R-ΔR R +ΔR

UN

R+ΔR R-ΔR

Ur

Hình 2.2: Sơ đồ cầu tế bào cân Tezomet

Nguyên lý tế bào cân Tenzomet dựa theo nguyên lý cầu điện trở, trong đó giá trị điện trở của các nhánh cầu thay đổi bởi ngoại lực tác động lên cầu Do đó nếu có một nguồn cung cấp không đổi (UN=const) thì hai đường chéo kia của cầu ta thu được tín hiệu thay đổi theo tải trọng đặt lên cầu Khi cầu cân bằng thì điện áp ra Ur=0 Khi cầu điện trở thay đổi với giá trị ΔR thì điện áp ra sẽ thay đổi, lúc này điện áp ra được tính theo công thức

ΔR

( 2.1) Ur=UN *

R

Trong đó: UN - điện áp nguồn cấp cho đầu đo

Ur - điện áp ra của đầu đo

ΔR - lượng điện trở thay đổi bởi lực kéo trên đầu đo

R - giá trị điện trở ban đầu của mỗi nhánh cầu

với R tỷ lệ với khối lượng vật liệu trên băng cân thì thấy tín hiệu Ura là khuyếch đại nên sau đó gửi tín hiệu này qua biến đổi A/D vào bộ điều khiển để xử lý

Giả sử cấp cho đầu vào cầu cân một điện áp là UN=10v thì cứ 100kg vật liệu trên băng LoadCell sẽ chuyển thành 2mv/v tương ứng Lúc này, điện áp ra của cầu cân sẽ là

sẽ báo động

2.4 Nguyên lý tính lưu lượng của cân băng định lượng:

2.4.1 Nguyên lý tính lưu lượng:

Cân băng định lượng (cân băng tải) là thiết bị cung cấp liệu kiểu trọng lượng.Vật liệu được chuyên trở trên băng tải, mà tốc độ của băng tải được điều chỉnh để nhận được lưu lượng đặt trước khi có nhiều tác động liên hệ(liệu không xuống đều)

Cầu cân về cơ bản bao gồm : Một cảm biến trọng lượng (LoadCell) gắn trên giá mang nhiều con lăn Trọng lượng của vật liệu trên băng được bốn cảm biến trọng lượng (LoadCell) chuyển đổi thành tín hiệu điện đưa về bộ xử lý để tính toán lưu lượng

Để xác định lưu lượng vật liệu chuyển tới nơi đổ liệu thì phải xác định đồng thời vận tốc của băng tải và trọng lượng của vật liệu trên 1 đơn vị chiều dài Trong đó tốc độ của băng tải được đo bằng cảm biến tốc độ có liên hệ động học với động cơ

Tốc độ băng tải V (m/s) là tốc độ của vật liệu được truyền tải Tải của băng truyền

là trọng lượng vật liệu được truyền tải trên một đơn vị chiều dài

∂ (kg/m)

Cân băng tải có bộ phận đo trọng lượng để đo ∂ và bộ điều khiển để điều chỉnh tốc độ băng tải sao cho điểm đổ liệu, lưu lượng dòng chảy liệu bằng giá trị đặt do người vận hành đặt trước

Bộ điều khiển đo tải trọng trên băng truyền và điều chỉnh tốc độ băng đảm bảo lưu lượng không đổi ở điểm đổ liệu

Trong đó : F0 – là lực đo trọng lượng của băng tải cả con lăn và giá đỡ cầu cân

Tải trọng trên băng truyền có thể tính là:

(2.5) ƍ = S * γ

Trong đó : γ - khối lượng riêng của vật liệu (kg/m3)

S - tiết diện cắt ngang của vật liệu trên băng (m2)

Do đó lưu lượng có thể tính là:

(2.6) Q =

g L

V Fc g

L

V Fc

*

* 2 2

2.4.2 Đo trọng lượng liệu trên băng tải:

Trọng lượng đo nhờ tín hiệu của LoadCell bao gồm trọng lượng của băng tải và trọng lượng vật liệu trên băng Vì vậy để đo được trọng lượng của liệu thì ta phải tiến hành trừ

bì (tức là trừ đi trọng lượng của băng tải )

Bộ điều khiển xác định trọng lượng của liệu nhờ trừ bì tự động các phân đoạn băng tải

* Nguyên lý của quá trình trừ bì như sau :

Băng tải phải được chia thành các phân đoạn xác định Trong lúc trừ bì băng tải rỗng (không có liệu trên băng) trọng lượng của mỗi đoạn băng được ghi vào bộ nhớ Khi vận hành bình thường cân băng tải trọng lượng của mỗi vật liệu trên mỗi phân đoạn được xác định bằng cách lấy trọng lượng đo được trên đoạn đó trừ đi trọng lượng băng tải tương ứng đã ghi trong bộ nhớ Điều này đảm bảo cân chính xác trọng lượng liệu ngay

cả khi dùng băng tải có độ dày không đều trên chiều dài của nó Việc điều chỉnh trọng lượng cần phải thực hiện đồng bộ với vị trí của băng (belt index được gắn trên băng) mới bắt đầu thực hiện trừ bì Khi ngừng cân vị trí của băng tải được giữ lại trong bộ nhớ

do đó ở lần khởi động tiếp theo việc trừ bì được thực hiện ngay

2.5 Khái quát về điều chỉnh cấp liệu cho cân băng:

Việc điều chỉnh cấp liệu cho băng cân định lượng chính là điều chỉnh lưu lượng liệu cấp cho băng cân

*Thực hiện bằng 3 phương pháp:

- Phương pháp 1: Điều chỉnh cấp liệu kiểu trôi

Phương pháp này điều chỉnh cấp liệu bằng tín hiệu của sensơr cấp liệu kiểu trôi để điều khiển 5 thiết bị cấp liệu

Vị trí của sensơr cấp liệu theo kiểu trôi được đặt ở phía cuối của ống liệu

- Phương pháp 2: Điều chỉnh cấp liệu liên tục

Phương pháp này điều chỉnh cấp liệu liên tục cho băng cân định lượng sử dụng bộ điều chỉnh PID để điều chỉnh cấp liệu (có thể là van cấp liệu hoặc van quay) để đảm bảo cho lượng tải trên một đơn vị chiều dài băng tải là không đổi Bộ PID có tác dụng điều chỉnh nếu lưu lượng thể tích của liệu trên băng thay đổi theo phạm vi ±15% và bộ PID chỉ hoạt động sau khi băng đã hoạt động

* Nhận xét 2 phương pháp trên:

Hai phương pháp trên điều chỉnh cấp liệu khác hẳn nhau về bản chất Xét về độ chính xác điều chỉnh thì phương pháp 2 hơn hẳn phương pháp 1, thời gian điều chỉnh nhỏ, thiết bị cấp liệu làm việc ổn định không bị ngắt quãng, nhưng phạm vi điều chỉnh không rộng Phương pháp 1 đơn giản hơn, phạm vi điều khiển rộng hơn và có thể dược

đặt bởi người sử dụng, nhưng trong phạm vi điều chỉnh thiết bị phải làm việc gián đoạn thì ảnh hưởng không tốt đến tuổi thọ của thiết bị

- Phương pháp 3: Điều chỉnh mức vật liệu trong ngăn xếp:

Phương pháp điều chỉnh mức liệu trong ngăn xếp có thể coi là sự kết hợp của 2 phương pháp trên : phương pháp điều chỉnh gián đoạn và điều chỉnh liên tục Phương pháp này tận dụng những ưu điểm và khắc phục nhưng nhược điểm của 2 phương pháp trên và được thiết kế đặc biệt cho các băng cân định lượng

2.6 Cấu trúc của một hệ cân:

2.6.1 Cấu tạo chung của hệ cân:

Hình 2.3 Sơ đồ cấu trúc của một hệ thống

Cấu tạo của hệ thống bao gồm:

1- Gồm 06 hệ cân liệu từ đá Đ1 cho tới Thạch cao Các cân này có kích thước: chiều dài là 3910mm, rộng 1250mm, cao 1150mm, chiều rộng mặt băng 650mm, tốc độ của băng 0.5÷1m/s, sơ đồ cấu tạo như hình 1.1, hệ truyền động sử

dụng hai loại động cơ đó là 1.5kw và 0.75kw, tốc độ của động cơ truyền động đều là

Băng tải chính

i = 1 , 5

26

40 =

2- Băng tải chính.Có thông số kỹ thuật như sau:

- Chiều dài tổng thể của băng tải:

- Vận tốc của băng tải :

Cấu trúc của một hệ cân trên dây chuyền bao gồm 06 hệ thống cân băng và một băng tải chính, trong quá trình làm việc 06 cân băng trên sẽ đồng thời đổ liệu xuống băng tải chính, toàn bộ phối liệu được băng tải chính vận chuyển vào Silô trộn để đưa vào máy nghiền

Chương 3

TÍNH TOÁN LỰA CHỌN HỆ THỐNG TĐĐ CHO CÂN CẤP THAN

3.1 Hoạt động của cân băng:

Động cơ sử dụng là động cơ không đồng bộ ba pha rô to lồng sóc, tốc độ của động

cơ đo được nhờ sensơr đo tốc độ (máy fát xung)

Số xung phát ra từ máy phát xung tỷ lệ với tốc độ động cơ và được đưa về bộ điều

khiển

Bộ điều khiển (dùng vi xử lý) điều chỉnh tốc độ của băng tải và lưu lượng liệu ở

điểm đổ liệu sao cho tương ứng với giá trị đặt

Bộ cảm biến trọng lượng (LoadCell) biến đổi trọng lượng nhận được trên băng

thành tín hiệu điện đưa về bộ khuyếch đại

Điều chỉnh tốc độ của động cơ bằng cách điều chỉnh tần số cấp nguồn cho động cơ

3.2 Hệ điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ dùng biến tần:

3.2.1 Khái quát về động cơ không đồng bộ:

MÁY

FÁT

XUNG

BỘ KHUYẾCH ĐẠI

BỘ ĐIỀU KHIỂN

N t

BIẾN TẦN

Động cơ không đồng bộ (KĐB) có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo vận hành đơn giản an toàn, sử dụng trực tiếp từ lưới điện xoay chiều 3 pha nên động cơ KĐB được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, từ công suất nhỏ đến công suất trung bình nó chiếm tỷ lệ lớn

so với động cơ khác Trước đây do các hệ thống truyền động động cơ KĐB có điều chỉnh tốc độ lại chiếm tỷ lệ nhỏ do việc điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB khó khăn hơn nhiều so với động cơ 1 chiều Ngày nay do việc phát triển của công nghệ chế tạo bán dẫn công suất và kỹ thuật tin học Nên động cơ KĐB phát triển và dần có xu hướng thay thế động cơ 1 chiều trong các hệ truyền động

Khác với động cơ 1 chiều, động cơ KĐB được cấu tạo bởi phần cảm và phần ứng không tách biệt Từ thông động cơ cũng như mômen động cơ sinh ra phụ thuộc vào nhiều tham số Do vậy hệ điều chỉnh tự động truyền động điện động cơ KĐB là hệ điều chỉnh nhiều tham số có tính phi tuyến mạnh

p - là số đôi cực

U1- trị số hiệu dụng điện áp pha của stator

R1- điện trở cuộn dây của stator

R2- điện trở rotor đã quy đổi về stator

với ω - hệ số góc của động cơ

phương trình trên cho ta thấy M = f(s) phụ thuộc vào các đại lượng U1,ω1,R2 Tương ứng với các đại lượng ta có 4 phương pháp để điều chỉnh điện áp như sau:

- Phương pháp điều chỉnh mạch rotor

- Điều chỉnh điện áp Stator cấp cho động cơ

- Điều chỉnh công suất trượt

- Điều chỉnh công suất nguồn cấp cho động cơ

Phương pháp điều chỉnh điện áp stator và điều chỉnh Rotor áp dụng chủ yếu cho việc điều khiển động cơ KĐB 3 pha rotor lồng sóc trước đây rất khó thực hiện Ngày nay do

sự phát triển mạnh mẽ của điện tử công suất và kỹ thuật vi sử lý đã mở ra có hiệu quả phương pháp điều khiển động cơ KĐB lồng sóc bằng điều khiển biến tần, phương pháp này cho phép điều chỉnh tốc độ động cơ trong phạm vi rộng với độ chính xác cao

Tốc độ động cơ được tính theo công thức:

p

f1

* 60

Từ công thức trên cho ta thấy việc điều chỉnh động cơ KĐB phụ thuộc vào sự biến đổi tần số lưới điện khi điều chỉnh tần số thì tốc độ động cơ cũng thay đổi theo

Khi thay đổi tần số lưới điện cùng với việc bỏ qua điện trở dây quấn stator, tức là coi

R1=0 thì mômen tới hạn đạt cực đại :

(3.5)

n n

th

X

U X

n

U M

* 2

3

* 55 9 2

3

1

2 1 1

2 1

L f

P U M

*

* ) 2 ( 2

* 3

2 1 2

2 2 1

π

=

n L

P a

* ) 2 ( 2

3

f

U a

M th =Biểu thức trên cho thấy khi tăng tần số nguồn (f1> f1dm) mà giữ nguyên U1 thì momen tới hạn cực đại 2

dòng) Tức là tỷ số giữa momen cực đại của động cơ và momen phụ tải tĩnh đối với các đặc tính cơ là hằng số:

Đặc tính cơ khi f1< f1dm với điều kiện từ thông φ = const (hoặc gần đúng giữa

1

1

f U

= const thì Mth được giữ không đổi ở vùng f1< f1d

Hình 3.2 Đặc tính cơ khi thay đổi tần số động cơ không đồng bộ

3.2.2 Mô tả động cơ không đồng bộ dưới dạng các đại lượng vectơ :

Khi điều chỉnh tần số ĐKB, thường kéo theo điều chỉnh cả điện áp, dòng điện hoặc

từ thông mạch stato, do tính chất phức tạp của quá trình điện từ trong ĐKB, nên các phương trình , biểu thức đã phân tích không sử dụng trực tiếp được cho trường hợp điều chỉnh tần số Để thuận tiện cho việc khảo sát hệ thống điều chỉnh tần số, dưới đây nêu ra phương pháp đánh giá quá trình điện từ dưới dạg vectơ

Trong động cơ KĐB, ít nhất có 06 cuộn dây trên mach từ, phương trình cân bằng điện áp của mỗi cuộn như sau:

dt

k

dΨ

trong đó chỉ số k là tên của dây quấn

Nếu coi mạch từ là tuyến tính và bỏ qua tổn hao sắt thì mômen điện từ của động cơ là:

A,B,C Chỉ các pha rôto, góc lệch giữa dây quấn rôto và dây quấn stato là v thì tốc độ sẽ

là đạo hàm của góc này

Để điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB rôto lồng sóc có nhiều phương pháp như :

- Điều chỉnh tốc độ băng bộ điều pha điện áp

- Điều chỉnh tốc độ bằng bộ biến tần nguồn dòng

- Điều chỉnh tốc độ bằng bộ biến tần nguồn áp

Do đặc điểm của cân băng này là sử dụng động cơ truyền động có công suất nhỏ dưới vài kw nên bộ biến đổi được dùng ở đây là biến tần tranzito,nguồn áp biến điệu bề rộng xung

3.2.3 Điều chỉnh tần số động cơ bằng biến tần:

Muốn điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng cách thay đổi tần số ta phải có một bộ nguồn xoay chiều có thể điều chỉnh tần số điện áp một cách đồng thời thông qua một biến tần

Để tạo ra các bộ biến tần có U và f thay đổi được người ta đã thiết kế ra nhiều loại biến tần nhưng trong đồ án này ta chỉ xét đến bộ biến tần nguồn áp làm việc theo

nguyên lý điều biến độ rộng xung (PWM - Pulse Width Modulation) Bộ biến tần này đáp ứng được yêu cầu điều chỉnh, đồng thời nó còn tạo ra được điện áp và dòng điện gần giống hình sin

Hình 3.3 Sơ đồ mạch lực bộ biến tần nguồn áp dùng Tranzitor

Dùng phương pháp PWM ta có giản đồ điện thế và điện áp pha A như sau:

Hình 3.4 Phương pháp PWM

- Sơ đồ biến tần ba pha dùng Tranzitor gồm:

Bộ nghịch lưu biến đổi điện áp một chiều từ nguồn cấp thành điện áp xoay chiều

có tần số biến đổi được Điện áp xoay chiều qua bộ lọc và đưa vào sơ đồ cầu Tranzitor

Sơ đồ biến tần Tranzitor ba pha dùng 6 Tranzitor công suất T1 ữT6 và 6 điốt T7

ữT12 đấu song song ngược với các Tranzitor tương ứng

Tín hiệu điều khiển Vb được đưa vào bazơ của Tranzitor có dạng chữ nhật, chu kỳ

là 2π, độ rộng là π/2

Khi Vb = “0” > Tranzitor bị khóa

Vb = “1” > Tranzitor mở bão hòa Các Tranzitor được điều khiển theo trình tự 1,2,3,4,5,6,1

Các tín hiệu điều khiển lệch nhau một khoảng bằng π/3

3.2.4 Luật điều chỉnh tần số - điện áp theo khả năng quá tải:

Khi điều chỉnh tần số thì trở kháng, từ thông, dòng điện v.v… của động cơ đều thay đổi, để đảm bảo một số chỉ tiêu điều chỉnh mà không làm động cơ bị quá nóng thì

cần phải điều chỉnh cả điện áp Đối với hệ thống biến tần nguồn áp thường có yêu cầu giữ cho khả năng quá tải về mômen là không đổi trong suốt dải điều chỉnh tốc độ Mômen cực đại mà động cơ sinh ra được chính là mômen tới hạn Mth, khả năng quá tải

về mômen được quy định bằng hệ số quá tải mômen λM

(3.14) λM =

M Mth

Hình 3.5 Xác định khả năng quá tải về mômen

Nếu bỏ qua điện trở của dây quấn stato Rs = 0 thì từ biểu thức mômen điện từ của động cơ :

Có thể tính được mômen tới hạn như sau:

Lro Ls

Lm

2 2

Mdm Mthdm

Thay thế (3.16) vào (3.17) và rút gọn ta được:

32.5 Bộ khuyếch đại tín hiệu:

Bộ khuyếch đại sẽ khuyếch đại các tín hiệu nhận được từ tế bào cân và đưa về bộ điều khiển Tín hiệu thu được là tải trọng tức thời mà tế bào cân đo được kết hợp với tín hiệu nhận được từ máy phát xung để xác định khoảng thời gian (khoảng thời gian trễ)

mà đoạn băng đó đi từ tế bào cân đến điểm xả

Sau khoảng thời gian trễ lưu lượng tại điểm xả của cân định lượng là kết quả của tích

số giữa lượng tải trên một đơn vị chiều dài của băng (đo được lúc đi qua tế bào cân) với tốc độ hiện thời của đoạn băng đó

Việc tính toán và điều chỉnh sai lệch giũa lưu lượng đặt và lưu lượng thực do bộ điều chỉnh P trong bộ điều khiển thực hiện, bộ này sẽ khuyếch đại và triệt tiêu sai lệch ở chế độ tĩnh Tín hiệu đầu ra của bộ tỷ lệ P được đưa đến điều khiển biến tần động cơ làm cho tốc độ của động cơ truyền động băng tải thay đổi sao cho lưu lượng tại điểm xả liệu tương đương với lưu lượng đặt

3.2.6 Thông số kỹ thuật của cân:

Tủ động lực của hệ cân được lấy nguồn từ tủ phân phối T Đ1, trong tủ được bố trí gồm 06 atômat 02 pha đầu vào đến 06 biến tần điều khiển tốc độ động cơ, đầu ra của 06 biến tần được nối qua 06 atômat 03 pha đến các động cơ sơ đồ như (hình 3.6).

3.3 Tính chọn công suất động cơ cho băng cân:

3.3.1 Sơ đồ cầu trúc hệ truyền động:

Bánh răng 2

Hình 3.7: Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động

Tốc độ động cơ : nd : 970 v/p

Hiệu suất hộp số : η2 : 0,8

Tỷ số truyền giữa băng răng 1 và 2

i = 1 , 5 26

40 =Tốc độ của băng truyền :V=1m/s

5 , 102

(3.24) i2 = 103 , 5

99 , 0

5 , 102

1

*

*

ηη

V F

Trong đó η1 là hiệu suất băng tải η1=0,8

F1 là lực của trọng lượng tổng trên băng

* 8 , 0

1 6 ,

l2

F1

L0 l1 LoadCell

Hình 3.8: cấu trúc cầu cân bằng mô men lực

Dựa vào công thức tính tổng hợp momen lực:

(3.30) F0L0 = F1L1 + F2L2

Trong đ ó : F0 là lực của tải trọng tác động lên cầu cân

F1 là lực của LoadCell

F2 là lực của đối trọng

L0 là khoảng cách (cánh tay đòn ) t ừ tải đến puly L0 =0,16m

l1 là khoảng cách (cánh tay đòn) từ puly đến LoadfCell l1=0,12m

l2 là khoảng cách (cánh tay đòn ) từ đối trọng đến puly, l2=0,20m Suy ra ta có :

(3.31) F0 =

0

2 2 2 1 1 1 0

2 2 1

1

L

l a m l a m L

L F L

2 2 1

1 .

l

l m L F m L

l m l

m + ↔ = −

(*) Trong đó: m1: Là khối lương của LoadCell

m2: Là khối lượng của đối trọng chọn loại 8kg

Năng suất của băng là: 60T/h

Trọng lượng tổng trên băng là lực F0(N) được đo bởi hệ thống cân trọng lượng và σ được tính theo biểu thức:

g L

F

* 2

74 12

, 0

20 , 0

* 8 16 , 0

* 8 , 9

* 2

8 0 7 , 16

*

*

* 2

*

1

2 2 1

3.6.1 Sơ đồ mạch lực biến tần VF - S9 0.75 kW

3.6.2 Chức năng cỏc cực của mạch điều khiển

Hình 3.9 Mμn hình hiển thị vμ các phím chức năng

MON

ENT RUN

Bộ

U/T1 V/T2

Động cơ

P0 PA PB

Mạch điều khiển

VF -S9

Bộ phận kết nối

h hứ

FMV Nguồn

FMC

Rơle phát hi

RC

RY Tín hiệu cho biết tốc độ thấp

FL FL FL

R

Tín hiệu tần P2

O

Tín hiệu dòng 4-20mA

F R

RST

S1

S2 S3

CC CC

Máy

10V

Núm phân thế ngoμi cực VIA vμ II không đ−ợc sử dụng đồng thời cùng một lúc

PP VIA

Hình 3.10 Mạch lực của biến tần VF - S9

F đầu vào Ngắn mạch qua F-CC là

nguyên nhân để quay, mở hộp giảm tốc và dừng

Không có điện áp tiếp điểm đầu vào 24Vdc – 5mA hoặc nhỏ hơn

+24v +5v JB301

4.7K 10K

F 15K S3 0.1μ

3.9K

R đầu vào Ngắn mạch qua R-CC là

nguyên nhân để động cơ quay theo chiều thuận Khi mạch hở, động cơ chậm dần và dừng hẳn

RST đầu vào Ngắn mạch qua RST_CC

Là nguyên nhân ảnh hưởng đến việc điều chỉnh khi chức năng bảo vệ biến tần đang hoạt động Chú ý rằng khi biến tần đang hoạt động bình thường thì nó không hoạt động đều đặn nếu có ngắn mạch qua RST

S1 đầu vào Ngắn mạch qua S1_CC là

nguyên nhân để tốc độ đặt trước hoạt động

S2 đầu vào Ngắn mạch qua S2_CC là

nguyên nhân để tốc độ đặt trước hoạt động

S3 đầu vào Ngắn mạch qua S3_CC là

nguyên nhân để tốc độ đặt trước hoạt động

CC điểm

trung

tính

Cực đẳng thế của mạch điều khiển

PP đầu ra Đầu vào tương tự thiết lập

đầu ra nguồn

10 Vdc

I đầu vào Nhiều chức năng chương

trình có đầu vào là tín hiệu tương tự Tiêu chuẩn xác lập mặc định đầu vào 4~20mAdc và 0~50Hz hoặc 0-60Hz

4~20mA (trở kháng trong:

400Ω) VIA đầu vào Nhiều chức năng chương 10Vdc

Nguån biÕn tÇn

II VIA 15K

+5v

trình có đầu vào là tín hiệu tương tự Tiêu chuẩn xác lập mặc định, đầu vào 0~10vdc và 0-80Hz

(trở kháng trong:

30Ω) VIB đầu vào Nhiều chức năng chương

trình có đầu vào là tín hiệu tương tự Tiêu chuẩn xác lập mặc định, đầu vào 0~10vdc và 0-50Hz (60Hz)

10Vdc (trở kháng trong:

30Ω)

FM đầu ra Nhiều chức năng chương

trình có tín hiệu tương tự

Tiêu chuẩn xác lập mặc định: đầu ra có một dòng được nối với mọt ampemet

có tỷ lệ 1mA hoặc volmet

đo điện áp 1 chiều 7.5Vdc (10Vdc) có thể thay đổi từ 0~20mA bằng cách nhảy chuyển mạch JP302

P24 đầu ra Đầu ra của dòng 24Vdc

OUT đầu ra Nhiều chức năng mở cực

góp ở đầu ra Những thiết lập mặc định về các thông

số tiêu chuẩn phát hiện và cho tốc độ đầu ra đạt được tần số ra của tín hiệu

FM

PTC OUT

P24

RY

về thông số tiêu chuẩn sẽ phát hiện ra tín hiệu và tần

250V-3.6.3 Bàn phím và màn hình hiển thị

* Loại biến tần sử dụng

Bảng mạch tuỳ chọn, mã kỹ thuật đặc biệt

Dung lượng động cơ tương ứng

007: 0.75KW

Bảng hoạt động

P: điều kiện

Chức năng phụ:

L: nhóm A gắn liền máy lọc

M: tiêu chuẩn

Gắn liền máy lọc

Giao diện số học AN: cực âm WN: cực âm WP: cực dương

Bảng mạch tuỳ chọn,

mã kỹ thuật đặc biệt

A00: mã kỹ thuật đặt biệt

(00: là số )

FLA FLB FLC

RY +24V

Đèn VEC : Đèn sáng khi vectơ cảm biến có lệnh chạy

Đèn RUN : Sáng khi biến tần đang hoạt động, nhấp nháy khi chạy tự động gia tốc/giảm tốc hoạt động

Đèn MON : Sáng khi cách biến tần kiểm tra

Đèn PRG : Sáng khi cách biến tần đặt thông số

Đèn ECN : Sáng khi cách tiết kiệm năng lượng hoạt động

Đèn phím

lên/xuống : ấn phím lên hoặc xuống khi đèn sáng cho phép việc đặt tần số hoạt

động

Đèn phím

RUN : Đèn báo RUN cho phép chạy

Phím RUN : Khi đèn báo cho phép chạy sáng thì ấn nút này để bắt đầu hoạt

Gắn liền với núm phân thế

Khi đèn gắn liền với núm phân thế sáng thì có thể thay đổi tần số hoạt động

MON : Phím giám sát hiển thị tần số hoạt động, thông số và nguyên nhân lỗi

Charge

lamp :

Đèn báo đang có điện, cho biên hiện tại trong biến tần đang có một điện thế cao, không được mở nắp bảng chứa đầu cực khi đèn đang sáng

Terminal

boad cover :

Bảng lắp chứa đầu cực, luôn luôn phải đóng chặt nắp này trước khi máy hoạt động để tránh tình trạng ngẫu nhiên chạm vào các đầu cực

lock screws : Dùng ốc vít để khóa chặt nắp bảng

3.6.4 Tiêu chuẩn kết nối

Nguồn cung cấp năng lượng và kết nối với động cơ

Hinh 3.11 Sơ đồ kết nối dây

Chú ý: Kiểu 3 pha 200 – 0.2; 0.4; 0.75Kw không có cực nối đất được nối từ vỏ của biến tần

• Sự kết nối các thiết bị ngoại vi

VF-S9Dây nguồn

được nối với R.,S.,T

Động cơ được nối với U,V,W.

Hinh 3.12 Sơ đồ kết nối các thiết bị ngoại vi

Mạch chính

Ký hiệu cực Chức năng của các cực

Cực nối đất được nối với vỏ hộp của biến tần

R/L1, S/L2,

T/L3

Loại 200v: 1 pha 200 ~240v, 50/60 Hz

3 pha 200 ~230v, 50/60 Hz Loại 400v: 3 pha 380 ~500v, 50/60 Hz Loại 1 pha không có cực T/L3 U/T1, V/T2,

W/T3 Nối với động cơ (phần cứng 3 pha)

PA, PB Được nối với các điện trở hãm, các thông số có thể thay đổi

nếu cần F304, F305, F308

PC Đây là cực (-) trong mạch chính của dòng một chiều Điểm

trung tính của dòng 1 chiều có thể nối qua cực PA (điện áp (+))

PO, PA Hai cực này được nối với lò phản ứng một chiều (thiết bị lựa

chọn bên ngoài)

3.6.5 Phần mềm thuyết minh

3.6.5.1 Lựa chọn phương thức điều khiển

a Đặt tần số hoạt động gắn liền với núm phân thế và chạy, dừng trên bảng hoạt động:

Bộ lọc

Tiêu đề Chức năng Giá trị lập trình

- Hoạt động

+ Chạy / dừng: ấn phím RUN và STOP trên bảng

+ Tần số đặt: Điều chỉnh vị trí của cái đo điện thế

b Đặt tần số hoạt động và khởi động, dừng dùng bảng hoạt động

+ Chạy / dừng: ấn phím RUN và STOP trên bảng

+ Tần số đặt: Đặt với các phím S, T trên bảng hoạt động

+ Để lưu giữ tần số đặt vào bộ nhớ, ấn phím ENT

Cách hoạt động

0.0 Hiển thị hoạt động của tần số (hoạt động ngừng) Khi

tiêu chuẩn monitor chọn F701 thì đặt tần số hoạt động là 0

MON AUI Nhấn phím MON cho hiển thị thông số cơ bản đầu

tiên AUI (tự gia tốc/giảm tốc)

định : 2)

0 FNOd ấn phím ENTER để ghi lại thông số vừa thay đổi

FNOd và giá trị bộ thông số luân phiên được hiển thị

ấn phím MON 2 lần quay lại hiển thị cách điều chỉnh tiêu chuẩn

- Cách khởi động và dừng máy

1 Khởi động và dừng sử dụng các phím trên bảng hoạt động (CNOd:1)

Dùng phím RUN và STOP trên bảng hoạt động và dừng động cơ

2 Khởi động và dừng động cơ bằng cách dùng các tín hiệu bên ngoài trên bảng cực Short F và C: Tiếp tục chạy

Open: F và C: chạy chậm dần và dừng

Cài đặt thông số mặc định tiêu chuẩn mục đích là để dừng động cơ một cách từ

từ Để dừng được một cách từ từ thì phải ổn định các chức năng của cực ST với một cực

bỏ không Sau đó chọn tín hiệu F103: ST, khi dừng động cơ ở trạng thái như được mô tả

ở hình trên phải để ST-CC hở mạch thì mới dừng Lúc này trên màn hình của biến tần sẽ hiển thị tín hiệu OFF

ON OFF

cơ

ON OFF

ON OFF