Thiết kế hệ thống cân liệu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT Đề tài: Thiết kế hệ thống cân liệu Hà Nội Tháng 08 năm 2016 Mục lục Phần I: Đề quy trình công nghệ Phần II: Tính Chọn Thiết bị Tính chọn PLC 2.Tính chọn Load cell khuếch đại 2.1 Chọn Load Cell: 2.2 Bố trí đầu cân: 2.3 Thiết kế mạch mạch khuếch đại sau: 2.4 Phương pháp cân sai số cách khắc phục sai số 10 Tính chọn át, công tắc tơ, rơ le nhiệt, phương pháp khởi động cho động băng tải 14 3.1 Động băng tải gầu (15KW) 14 3.2 Động băng tải ngang 7.7KW 18 Tính chọn khí nén đóng mở van siro, buồng cân, toa 20 4.1 Chọn máy nén khí: 20 4.2 Sơ đồ khí nén: 21 4.3 chọn van khí nén: 21 4.4 Sơ đồ phần đấu nối phần cứng PLC 23 Phần III Grafcep chương trình điều khiển 24 Phần IV Giao diện giám sát điều khiển 27 Page | NỘI DUNG ĐỀ BÀI Đề tài: Thiết kế hệ thống cân liệu Yêu cầu:       Chọn PLC Chọn thiết bị bảo vệ Vẽ nguyên lý sơ đồ đấu nối Xây dựng chương trình Grafcep Viết chương trình điều khiển Thực điều khiển giám sát Wincc Page | Phần I Đề quy trình công nghệ Đề bài: Thiết kế hệ thống cân liệu Công suất băng tải gầu: 15 Kw Công suất băng tải ngang: 7.7 Kw Tải trọng mẻ cân 100Kg Tải trọng buồng cân 50Kg Page | -Quy trình công nghệ: - Nguyên lý hoạt động Khi bắt đầu khởi động bấm nút “Start” động băng gầu bắt đầu hoạt động, sau 10s động băng tải ngang hoạt động, sau xy lanh van cân tác động mở van Ở trình cân, ta tiến hành cân theo mẻ cân theo kiểu cộng dồn Sau bấm “Start” ta chọn mã cần nút bấm chọn “Mã”, cài đặt mã cân để cân theo tỉ lệ cân phù hợp với nhu cầu Quá trình chuyển mã sau: Khi cân mã muốn chọn mã khác bấm vào nút chuyển mã “Mã” trình cân mã trước phải cân hết mẻ phép chuyển sang mã cân tiếp theo, trình cân lặp lại tuần hoàn Khi muốn dừng hệ thống ta bấm vào nút “stop” hệ thống chờ cho trình cân hết mẻ xả hết Sau đóng van xả lại, sau 10s dừng động co băng tải, sau 10s tiếp tục dừng động co băng gầu trình kết thúc Trong trình hoạt động có cố, cố chủ yếu tải động băng tải ngang động băng tải gầu, rơ le nhiệt tác động Tả phải xử lí đồng thời là: đóng van xả thùng chứa, dừng động băng tải ngang băng tải gầu, trình cân tiếp tục hết mẻ cân Page | Bảng khối lượng cân mã Silo/ Mã Mã 20 Kg 20Kg 30 Kg 30 Kg Bảng khối lượng thực buồng cân Thứ tự xả Silo\Mã Mã 1 70 Kg 90Kg 120 Kg 150 Kg Mã 25 Kg 25 Kg 25 Kg 25 Kg Mã 75 Kg 100 Kg 125 Kg 150 Kg Mã 30 Kg 30 Kg 20Kg 20 Kg Mã 80 Kg 110 Kg 130Kg 1500 Kg Page | Phần II Tính Chọn Thiết bị Tính chọn PLC Chọn PLC S7 300 hảng siemens - Chọn nguồn: chọn modul PS 307 5A (6ES7 307 1E00-0AA0) Với: - điện áp vào 120÷230V AC - Đầu 24V AC / 5A - Chọn CPU chính: chọn CPU 314C – 2DP (6ES7 314-6CF00-0AB0) Với: - 24 đầu vào số -16 đầu số - đầu vào tương tự - đầu tương tự Page | - đầu PWM tần số 2.5 KHz - đếm tốc độ cao 30 KHz 24V DC - công giao tiếp MPI Tính chọn Load cell khuếch đại 2.1 Chọn Load Cell: Sử dụng Load Cell HXS Keli có tải trọng 60Kg có hình ảnh: Có thông số kĩ thuật: -Tải trọng: 60Kg -Cấp xác: OIML R60 C3 -Cảm biến loại Single Point -Điện áp biến đổi (2±0.002) mV/V -Điện áp kích thích: 6-15 V -Điện trở đầu vào: (381±4) Ω Page | -Điện trở đầu ra: (350±1) Ω -Điện trở cách điện: ≥ 5000 (ở 50 VDC) MΩ -Đạt tiêu chuẩn bảo vệ IP67 -Chất liệu: anodized aluminum -Ướng dụng cân bàn, cân sàn -Quá tải 150% Kính thước sàn cân tối đa: (600x800) mm -Chiều dài dây tín hiệu: 2m -Màu sắc dây: Đỏ, Đen, Xanh, Trắng -Ứng dụng cân băng tải, cân đóng gói, cân sàn, cân bàn có độ rung dao động - Bảng số màu sắc hay gặp thực tế load cell Page | 2.2 Bố trí đầu cân: Ta bố trí đầu cân xung quanh buồng cân, đầu cân cách góc 1200 hình vẽ Ưu điểm: đầu cân bố trí thành hình tam giác nên cấu chắn, chống rung động Nhược điểm: Tải trọng phân bố không làm ảnh hưởng đến sai lệch cân → Cách khắc phục: Thiết kế cân đối xứng, buồng cân tròn, trơn, đổ vật liệu từ siro vào buồng cân phải buồng cân 2.3 Thiết kế mạch mạch khuếch đại sau: -Vì cảm biến Load Cell đưa điện áp tương đối nhỏ nên ta cần phải khuếch đại tín hiệu lên cho phù hợp với tín hiệu chuẩn mà đầu vào analog mà moddul mở rộng PLC đọc tốt đảm bảo xác +, Chọn điện áp kích thích cho Load Cell 12V Ta điện áp đầu cảm biến là: 12x2=24mmV +, Chọn mạch khuếch đại khuếch đại thuật toán OA không đảo Sơ đồ mạch điện cấp nguồn cho cảm biến khuếch đại là: Page | liệu Sai số tác động liên tục trình làm việc Lực hay sai số tự sau vật nằm yên buồng cân F: lực rơi tự vật liệu m: khối lượng vật liệu g: gia tốc trọng trường -Sai số thời gian đóng cửa xả: Khi lượng vật liệu cân đủ khối lượng yêu cầu cân cảm biến phát tín hiệu xử lý Hệ thống truyền tín hiệu điều khiển đóng xả cửa xả đóng lại không cho vật liêu rơi xuống buồng cân Từ lúc cảm biến phát tín hiêu đến lúc xả đóng lại có lượng vật liệu tiếp tục rơi vào buồng cân Lượng vật liệu lượng vật liệu dư thừa gây nên sai số cho trình cân Sai số phụ thuộc vào độ biến thiên thời gian tác động cửa xả, lượng vật liệu buồng chứa cấp liệu, áp lực khí nén, lượng vật liệu qua cửa xả Nạp liệu vào buồng cân Page | 12 - Sai số bố trí đầu cân không vật liệu buồng cân sử dụng nhiều cảm biến cân Trong trình vật liệu chảy xuống buồng cân lượng vật liệu phân bố buồng cân không mà trạm trộn bê tông cân côt liệu người ta tường sử dụng buồng cân đầu cân treo Lúc phân bố vật liệu không đồng mà tác động lên đầu cân khác Điều gây sai số trình cân vật liệu - Sai số tích lũy vật liệu trước vật liệu sau: Trong trình cân côt liệu thường người ta sử dụng cân cộng dồn đến loại vật liệu Như nói phần sai số thời gian đóng cửa xả, có lượng vật liệu loại vật liệu trước tính vào khối lượng cho loại vật liệu sau Do dẫn đến sai số trình cân vật liệu từ thứ trở sau - Sai số thiết bị phụ trợ gây nên: Trong trình cân tự động, thiết bị nạp xả phải gắn cho thiết bị tác động không gây thay đổi tải trọng hệ thống cân + Cách khắc phục sai số: - Sai số tĩnh: bao gồm sai số hệ thống cân cảm biến cân, sai số thiết bị Với sai số khắc phục cách bù trừ lượng tổ chức hệ cân thay đổi vật liệu - Sai số động: Là sai số thay đổi theo trình cân bao gồm trình vật liệu rơi gây ra, sai số bố trí không vật liệu => Muốn khắc phục sai số phải hiệu chỉnh liên tục, tính toán lượng bù trừ thích hợp Page | 13 Tính chọn áptomat, công tắc tơ, rơ le nhiệt, phương pháp khởi động cho động băng tải 3.1 Động băng tải gầu (15KW) +Dùng phương pháp khởi động Y→∆ để giảm dòng khởi động Ta cáo sơ đồ nguyên lý: -Trong đó:        AT atomat K contactor đóng cắt nguồn cho động K∆ contactor để động thực chế độ nối ∆ KY contactor để động thực chế độ nôi Y RN Rơ le nhiệt bảo vệ tải động RT rơ le thời gian M tiếp điểm thường hở role trung gian Tính toán đòng định mức cho động cơ: Page | 14 Ta có thông số: - hiệu suất động cơ: η = 0,9 -Hệ số cosφ = 0,85 I P 15   30 A . 3.380 0,9.0.85 3.380 Căn vào dòng điện định mức động ta chọn loại khí cụ điện: + Atomat: Chọn hệ số cho atomat là: 1,5 + Contactor chọn có thông số: Page | 15 + Chọn Rơ le nhiệt: - Chọn hệ số cho rơ le nhiệt 1,2 => Điều chỉnh rơ le nhiệt Iđm =36A Ta điều chỉnh dòng định mức Rơ le nhiệt khoảng 35A hợp lý + Chọn Rơ le trung gian cho mạch điều khiển: Page | 16 + Chọn Rơ le thời gian: Page | 17 3.2 Động băng tải ngang 7.7 KW Ta chọn phương pháp khởi động trực tiếp Sơ đồ nguyên lý động cơ: -Trong đó:  AT át to mát bảo vệ tải ngắn mạch động  K contactor có nhiệm vụ đóng cắt động  RN rơ le nhiệt bảo vệ tải động  M tiếp điểm thường hở rơle trung gian Tính toán đòng định mức cho động cơ: Ta có thông số: - hiệu suất động cơ: η=0,9 -Hệ số cosφ=0,85 I P 7.7   15,3 A . 3.380 0,9.0.85 3.380 Căn vào dòng điện định mức động ta chọn loại khí cụ điện: Page | 18 + Chọn Atomat Chọn hệ số atomat 1,5 +Chọn rơ le nhiệt: Chọn hệ số cho rơ le nhiệt 1,2 => Điều chỉnh rơ le nhiệt Iđm=18A Page | 19 Tính chọn khí nén đóng mở van silo, buồng cân, toa 4.1 Chọn máy nén khí: Máy nén khí dùng để cấp khí nén điều khiển đóng mở silô cấp liệu, buồng cân, toa Ở ta chọn máy nén khí: Đây máy nén khí piston có hệ thống ngưng xả nước có khí nén, hệ thống phun dầu bôi trơn phận công tác qua xi lanh, van phân phối khí trang bị rơ le điều chỉnh áp lực, đông hồ báo áp lực Page | 20 Ưu điểm: Kết cấu gọn gàng, trọng lượng máy đơn vị xuất nhỏ, chiếm diện tích lắp đặt không nhiều, tiện lợi tháo lắp cum chi tiết máy, độ tin cậy cao 4.2 Sơ đồ khí nén: 4.3 Chọn van khí nén: Chọn loại van bán điện từ TG 2531 Với thông số: - Nguông cấp 220V-AC, 24V - DC Loại van: cửa trạng thái: Trạng thái ban đầu:  P thông với B  A thông với R Khi có điện van chuyển trạng thái:  P thông với A  B thông với S Page | 21 Sơ đồ: Page | 22 4.4 Sơ đồ phần đấu nối phần cứng PLC -Sơ đồ đấu nối dây: Page | 23 Phần III Grafcep chương trình Grapcef chương trình Page | 24 S0 start S4 S1 Mã , 0Kg Mã1 , 0Kg BT Gầu S5 T1 S2 S9 M1 20Kg S6 Bt Gầu Bt- S10 M2 S7 S8 30Kg S14 M2 50Kg M3 S11 60Kg S15 M3 75Kg 70Kg Bt Gầu, Bt- S13 M1 25Kg 40Kg T2 S3 Mã3 0Kg S12 M4 80Kg S16 M4 Van chứa ̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅ ̅̅̅̅̅̅̅ ,100Kg 𝑽 𝒄𝒉ứ𝒂,̅̅̅̅̅̅̅̅̅ 𝑽 𝒄â𝒏,𝑺𝒕𝒐𝒑 Van cân S17 0Kg, ̅̅̅̅̅̅̅̅ 𝑺ự 𝒄ố ̅̅̅̅̅̅̅, 0Kg, ̅̅̅̅̅̅̅̅ 𝑺𝒕𝒐𝒑 𝑺ự 𝒄ố S18 Stop Van chứa Stop B gầu Băng tải S19 T6 Băng gầu S20 T7 Page | 25 PHẦN IV: THIẾT KẾ GIAO DIỆN GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN Sử dụng phần mềm WinCC siemens Màn hình giao diện: Nguyên lý giám sát điều khiển - Trên bảng điều khiển có nút bấm start, stop, cố nút chọn mã Có đèn báo tương ứng (Ta điều khiển toàn hệ thống nút bấm này) - Nguyên tắc: Khi dở cân mà có cố nhấn nút stop phải cho hệ thống cân cân nốt mẻ cân - Các đèn báo bảng điều khiển để báo trạng thái hoạt động thiết bị chấp hành: van khí nén động (Ta quan sát hệ thống đèn báo để biết tình trạng hệ thống) Ưu nhược điểm hệ thống - Ưu điểm: + Giao diện trực quan dễ quan sát + Về giải toán - Nhược điểm + Chưa xử lý nhận biết hết tình cố + Chỉ xử lý cố góc độ khách quan (sử dụng nút bấm cố) Page | 26 [...]... buồng cân thì lượng vật liệu phân bố trong buồng cân không đều mà trong trạm trộn bê tông khi cân côt liệu người ta tường sử dụng buồng cân 3 đầu cân treo Lúc đó sự phân bố vật liệu không đồng đều mà tác động lên các đầu cân khác nhau Điều này gây sai số trong quá trình cân vật liệu - Sai số tích lũy của vật liệu trước và vật liệu sau: Trong quá trình cân côt liệu thường thì người ta sử dụng cân cộng... buồng cân Lượng vật liệu này chính là lượng vật liệu dư thừa gây nên sai số cho quá trình cân Sai số này phụ thuộc vào độ biến thiên thời gian tác động của cửa xả, lượng vật liệu trên buồng chứa cấp liệu, áp lực khí nén, lượng vật liệu qua cửa xả Nạp liệu vào buồng cân Page | 12 - Sai số do bố trí đầu cân không đều của vật liệu trong buồng cân khi sử dụng nhiều cảm biến cân Trong quá trình vật liệu. .. trọng đối với hệ thống cân + Cách khắc phục sai số: - Sai số tĩnh: bao gồm sai số của hệ thống cân và cảm biến cân, sai số do các thiết bị Với sai số này chúng ta có thể khắc phục bằng cách bù trừ 1 lượng nào đó khi tổ chức hệ cân hoặc khi thay đổi vật liệu - Sai số động: Là các sai số thay đổi theo quá trình cân bao gồm quá trình vật liệu rơi gây ra, sai số do bố trí không đều của các vật liệu => Muốn... điều khiển toàn bộ hệ thống bằng các nút bấm này) - Nguyên tắc: Khi đang dở cân mà có sự cố hoặc nhấn nút stop thì vẫn phải cho hệ thống cân cân nốt mẻ cân đó - Các đèn báo trên bảng điều khiển để báo trạng thái hoạt động của các thiết bị chấp hành: các van khí nén và động cơ (Ta có thể quan sát hệ thống đèn báo này để biết được tình trạng của hệ thống) 3 Ưu nhược điểm của hệ thống - Ưu điểm: + Giao... buồng cân F: lực rơi tự do của vật liệu m: khối lượng vật liệu g: gia tốc trọng trường -Sai số do thời gian đóng cửa xả: Khi lượng vật liệu cân đã đủ khối lượng yêu cầu thì cân và cảm biến sẽ phát tín hiệu xử lý Hệ thống này sẽ truyền tín hiệu điều khiển đóng của xả và cửa xả đóng lại không cho vật liêu rơi xuống buồng cân nữa Từ lúc cảm biến phát tín hiêu đến lúc của xả đóng lại sẽ có 1 lượng vật liệu. .. cộng dồn 3 đến 4 loại vật liệu Như chúng ta đã nói ở phần sai số do thời gian đóng cửa xả, sẽ có 1 lượng vật liệu của loại vật liệu trước tính vào khối lượng cho loại vật liệu sau nó Do đó dẫn đến sai số quá trình cân các vật liệu từ thứ 2 trở về sau - Sai số do các thiết bị phụ trợ gây nên: Trong quá trình cân tự động, các thiết bị nạp và xả phải được gắn sao cho khi các thiết bị này tác động không... =Uv.(1+415,6) Hệ số khuếch đại K=416,6  Ur = 24mV 416,6 = 9.998V ≈ 10V Nhận xét: Qua mạch khuếch đại thuật toán nếu tín hiệu trọng lượng vào cần từ 0→60Kg thì sẽ đưa ra tín hiệu điện áp từ 0→10V 2.4 Phương pháp cân và sai số cách khắc phục sai số + Ta thực hiện theo phương pháp cân cộng dồn: Có nghĩa là sau mỗi lần thực hiện cân cốt liệu lại coi vật cân là bì để thực hiện cân loại cốt liệu tiếp theo Ví Dụ: -Cân. .. trọng của bì + khối lượng cát Page | 10 -Cân đá mạt: Tải trọng tĩnh 2 = tải trọng tĩnh 1 + khối lượng đá mạt -Cân đá nhỏ: Tải trọng tĩnh 3 = tải trọng tĩnh 2 + khối lượng đá nhỏ -Cân đá lớn: Tải trọng tĩnh 4 = tải trọng tĩnh 2 + khối lượng đá lớn +Sai số của hệ thống cân: ta thấy quá trình cân luôn gặp phải những sai số bao gồm: - Trong quá trình làm việc của hệ cân và cảm biến chịu tác động của môi trường... tác động lên hệ cân và làm cảm biến cân sai lệch kết quả đo Thông thường sai số này thường đòi hỏi cỡ 0.5% đến 1% - Sai số do quá trình rơi vật liệu gây ra: Trong quá trình vật liêu rơi sẽ chịu lực tác dụng gia tốc trọng trường (g=10m/s) gia tốc này sẽ tạo nên lực F=mg (m: là khối lượng vật liệu rơi) tác động lên buồng cân Lực này phụ thuộc vào loại vật liệu, khối lượng vật Page | 11 liệu Sai số này... Máy nén khí dùng để cấp khí nén điều khiển đóng mở các silô cấp liệu, buồng cân, toa Ở đây ta chọn máy nén khí: Đây là máy nén khí piston có hệ thống ngưng và xả nước có trong khí nén, hệ thống phun dầu bôi trơn các bộ phận công tác khi đi qua xi lanh, van phân phối khí trang bị rơ le điều chỉnh áp lực, đông hồ báo áp lực Page | 20 Ưu điểm: Kết cấu gọn gàng, trọng lượng máy trên một đơn vị năng xuất nhỏ,