6. Phương pháp thực hiện
3.6.2.3.Nguyên lý điều khiển tốc độ động cơ
Hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha ở đầu ra có thể thay đổi giá trị biên độ và tần số vô cấp tuỳ theo bộ điều khiển. Theo lý thuyết, giữa tần số và điện áp có một quy luật nhất định tuỳ theo chế độ điều khiển. Đối với tải có mô men không đổi, tỉ số điện áp - tần số là không đổi. Ta có ) ( . 60 rpm p f n = Trong đó n : tốc độ động cơ (rpm)
f : tần số lưới điện xoay chiều cấp cho động cơ (Hz)
p : số cặp cực của động cơ.
Như vậy việc thay đổi tần số chính là thay đổi tốc độ động cơ. Biến tần được thiết kế để điều khiển tốc độ động cơ trong khi vẫn duy trì momen T của động cơ bằng cách thay đổi đồng thời cả điện áp và tần số cùng lúc.
) ( 55 , 9 * Nm n P T = Trong đó ) ( UIcos P = Φ W ) ( 60 cos 55 9 Nm f U k f U ) Φ pI , ( T = = ⇒
Như vậy khi momen không đổi thì tỉ số U/f không đổi.
3.7.Cảm biến tiệm cận
3.7.1.Tìm hiểu về cảm biến tiệm cận
Cảm biến tiệm cận là cảm biến có thể phát hiện sự có mặt của vật thể ở cự ly gần mà không cần tiếp xúc trực tiếp với đầu cảm biến.
Cảm biến tiệm cận bao gồm tất cả các loại cảm biến phát hiện vật thể không cần tiếp xúc như công tắc hành trình mà dựa trên những mối quan hệ vật lý giữa cảm biến và vật thể cần phát hiện. Cảm biến tiệm cận chuyển đổi tín hiệu về sự chuyển động hoặc xuất hiện của vật thể thành tín hiệu điện. Có 3 hệ thống phát hiện để thực hiện công việc chuyển đổi này:
Hệ thống sử dụng dòng điện xoáy được phát ra trong vật thể kim loại nhờ hiện tượng cảm ứng điện từ.
Hệ thống sử dụng sự thay đổi điện dung khi đến gần vật thể cần phát hiện.
Hệ thống sử dụng nam châm và hệ thống chuyển mạch cộng từ.
Theo tiêu chuẩn công nghiệp của Nhật (JIS) định nghĩa cảm biến tiệm cận (JIS C 8201-5-2) phù hợp với chuẩn IEC 60947-5-2 là bộ chuyển mạch phát hiện vị trí không tiếp xúc.
Cảm biến tiệm cận dùng phát hiện vật thể kim loại từ tính, kim loại không từ tính (như Nhôm, đồng..) sử dụng cảm biến loại điện cảm (Inductivity Proximity Sensor) và phát hiện vật phi kim sử dụng loại cảm biến tiệm cận kiểu điện dung (Capacitive Proximity Sensor). Đồng thời có sẵn Model đáp ứng được hầu hết các điều kiện môi trường lắp đặt: nhiệt độ cao, nhiệt độ thấp, chống nước, chống hóa chất …
3.7.1.1.Nguyên lý hoạt động của cảm biến tiệm cận loại từ cảm
Hình 3.11: Sơ đồ chi tiết bên trong của cảm biến tiệm cận loại từ cảm
Cuộn dây nằm phía trước của cảm biến tạo ra một từ trường tần số cao. Khi vật thể bằng kim loại tiếp cận với từ trường này, một dòng điện cảm ứng( dòng điện xoáy) sẽ xuất hiện bên trong vật theo nguyên lý cảm ứng điện từ. Khi vật kim loại này càng tiến đến sát cảm biến, dòng cảm ứng này càng tăng lên, tải trên mạch dao động tăng dẫn đến biên độ dao động giảm. Cảm biến xác định sự thay đổi trạng thái dao động này và tác động đầu ra. Mức độ thay đổi biên độ dao động phụ thuộc vào bản chất kim loại do đó khoảng cách phát hiện sẽ thay đổi tùy thuộc vào kim loại làm vật là gì.
Cảm biến BIC 1I3-P2A40-M30MO2-BPX0B-050 là cảm biến kết nối không tiếp xúc kiểu điện cảm
Loại Input
Cường độ điều khiển lớn nhất ≤ 150 mA Khoảng làm việc của thiết bị 1 đến 10 mm
PNP Input Base BIC000W
BIC 1I3-P2A40-M30MO2-BPX0B-050
NPN Input Base BIC0057*
BIC 1I3-N2A40-M30M02-BPX0B-050
PNP/NPN Remote BIC000Y
BIC 2I3-P2A40-M30ME2-BPX09-050
Số tín hiệu 8
Kích thước thiết bị M30
Nguồn cung cấp cho đầu phát 12 ± 1.5 VDC
Dòng tiêu thụ ≤ 1A (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nguồn cung cấp cho đầu thu 24 ± 10 VDC
Loại kết nối PUR 11-wire
Cảm biến này dùng để kiểm tra sự cố trượt băng trong được đặt ngay dưới băng tải. Trên băng tải có gắn 1 dải kim loại bằng sắt, với mỗi vòng băng thì cảm biến sẽ xác định và tác động một lần. Bằng cách lấy chiều dài băng tải chia khoảng thời gian của hai xung được phát ra từ cảm biến vị trí, ta có được vận tốc của băng tải. Vận tốc góc của puli chủ động được nhân với bán kính của nó: ta đi so sánh vận tốc này với vận tốc băng tải nếu có sự sai khác tức là đã xảy ra lỗi trượt băng, ta sẽ dừng hệ thống cân băng để xử lý sự cố.
3.8. Cảm biến lực
3.8.1.Lý thuyết về cảm biến lực
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 chưa biết tác động vào một bộ phận đàn hồi, lượng di động của bộ phận đàn hồi biến đổi thành tín hiệu điện tỷ lệ với lực chưa
Bộ phận chính của loadcell là những tấm điện trở mỏng loại dán. Tấm điện trở là một phương tiện để biến đổi một biến dạng nhỏ thành sự thay đổi tương ứng trong điện trở. Một mạch đo dùng các miếng biến dạng sẽ cho phép thu được một tín hiệu điện tỷ lệ với mức độ thay đổi của điện trở .Mạch thông dụng nhất sử dụng trong loadcell là cầu Wheatstone . Nguyên lý
Cầu Wheatstone là mạch đo được chọn dùng nhiều nhất cho việc đo những biến thiên điện trở nhỏ (tối đa là 10%), chẳng hạn như việc dùng các miếng đo biến dạng . Phần lớn các thiết bị đo đạc có sẵn trên thị trường đều không ít thì nhiều dùng phiên bản của cầu Wheatstone đã được sàng lọc. Như vậy ,việc tìm hiểu nguyên lý cơ bản của loại mạch này là một điều cần thiết .
Hình 3.13: Nguyên lý cầu Wheatstone
Em = ) 3 2 2 ( ) 4 1 1 ( R R R V R R R V + − +
Phương trình trên cho thấy là sự biến đổi đơn vị điện trở của hai điện trở đối mặt nhau, ví dụ là R1 và R3, sẽ là cộng lại với nhau trong khi tác động của hai điện trở kề bên nhau, ví dụ là R1 và R2, lại là trừ khử nhau .Đặc tính này của cầu Wheatstone 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 .
Điện trở mắc trong cầu Wheatstone là loại điện trở lực căng nghĩa là giá trị của nó thay đổi theo áp lực tác dụng lên nó. Cấu tạo của điện trở lực căng như sau:
a
l0
1 2
3
Hình 3.14: Cấu tạo điện trở lực căng
1 – Tấm giấy mỏng để gắn dây điện trở. 2 – Sợi dây điện trở.
3 – Tấm đồng nối ra mạch ngoài.
Khi có lực tác dụng lên điện trở sẽ gây ra biến dạng l
l l ε =∆ . Như vậy: ( ) R l f R l ∆ = ∆
Sau các biến đổi toán học được công thức: .
R k R E σ ∆ =
Trong đó: k - Độ nhạy của chuyển đổi.
E - Môdun đàn hồi của vật liệu chi tiết.
σ - Ứng suất cơ của dây điện trở.
Như vậy với biến trở lực căng và cầu điện trở người ta chế tạo được cảm biến chuyển đổi đại lượng áp lực thành đại lượng điện. Đó chính là nguyên lý hoạt động của loadcell chuyển đổi cân nặng thành tín hiệu điện.
3.8.1.2. Loadcell dùng trong hệ thống cân băng nghiền xi măng
Tại nhà máy xi măng CHINFON trong hệ thống cân băng nghiền xi măng đang dùng cảm biến LOADCELL PWS
Với các thông số như sau (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 3.16: Các thông số cơ bản của loadcell PWS
Hình3.17: Kích thước loadcell PWS
3.8.1.3. Cảm biến vận tốc.
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 dài
cũng 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 dφ −
(2-13)
Với e là suất điện động xuất hiện khi từ thông thay đổi một lượng d trong khoảng thời gian dt. Khi đó từ thông đi qua một mạch là một hàm số dạng : ụ(x)=ụ0.F(x), với x là biến số của vị trí thay đổi theo đường thẳng hoặc vị trí theo góc quay.
Mọi sự chuyển động tương đối giữa nguồn từ thông và mạch có từ thông đi qua sẽ làm trong mạch xuất hiện một suất điện động có biên độ tỷ lệ với tốc độ dịch chuyển. Suất điện động này chứa đựng trong nó tín hiệu ra của cảm biến.
e =-ụ0. dx x dF( ) . dt dx (2-14)
Trong hệ thống, chúng ta sử dụng Encode để đo tốc độ động cơ của các băng tải cấp liệu.
Encode đo tốc độ quay của động cơ, vật trung gian thường dùng là đĩa gắn liền với trục quay cần đo tốc độ. Đĩa có cấu tạo tuần hoàn: bề mặt của đĩa được chia thành p phần bằng nhau (chia theo góc ở tâm), mỗi phần mang một dấu hiệu đặc trưng như lỗ đường vát, bánh răng.
Một cảm biến thích hợp được đặt với vật trung gian để ghi nhận một cách ngắt quãng mỗi khi có một dấu hiệu đi qua và một lần như vậy nó cung cấp một tín hiệu xung. Biểu thức của tần số f của tín hiệu xung được viết dưới dạng:
f = p.N (2-15)
Trong đó f là tần số đo bằng Hz, p là số lượng dấu hiệu trên đĩa và N là số vòng quay của đĩa trong mỗi giây.
Hình 3.18: Hình ảnh cảm biến vận tốc
Vật quay phải có các vùng phản xạ được bố trí tuần hoàn trên hình tròn được chiếu bằng tia sáng, hoặc là vật được gắn với một đĩa có các phần trong suốt xen kẽ các phần chắn sáng đặt giữa nguồn sáng và đầu thu quang (hình 2.15).
Đầu thu quang nhận được một thông lượng biến điệu và nó phát tín hiệu có tần số tỷ lệ với tốc độ quay nhưng biên độ của tín hiệu này không phụ thuộc vào.
Phạm vi của tốc độ đo phụ thuộc vào hai yếu tố chính: - Số lượng lỗ trên đĩa quay.
- Dải thông của đầu thu quang và của mạch điện tử.
Để đo tốc độ nhỏ, thí dụ ~ 0,1 vòng/phút, phải dùng đĩa có số lượng lỗ rất lớn (500 - 1000). Trong trường hợp cần đo tốc độ lớn (105 - 106 vòng/phút) phải sử dụng loại đĩa quay chỉ có 1 lỗ, khi đó chính tần số ngắt của mạch điện là đại lượng xác định tốc độ cực đại có thể đo được.
Ưu điểm: ở đây thông tin thu nhận là tần số nên có khả năng chống nhiễu, chống suy giảm và dễ biến đổi sang dạng số.
3.8.2. Giới thiệu hệ thống điều khiển và kiểm tra phép đo DISOCONT 3.8.2.1. Khái niệm
DISOCONT là một hệ thống môđun điện tử dùng để trang bị trong hệ thống cân, đo lường của hệ thống cấp liệu. Khi liệu được cấp là chất rắn và để cân đo lượng liệu một cách liên tục thì DISOCONT có ứng dụng tối ưu nhất.
DISOCONT được trang bị với một môđun truyền thông
động hóa thông qua fieldbus.
DISOCONT sử dụng cho tất cả các phép đo lường và các hàm điều khiển; được trang bị với các cổng dịch vụ phục vụ cho việc kết nối của máy tính hay bộ phận điều khiển .
Truyền thông Fieldbus với những môđun vào/ra trong hệ thống cho phép truyền tất cả các dữ liệu đến nơi điều khiển. Các môđun vào/ra được kết nối qua hệ thống truyền thông đưa đến hệ thống điều khiển, hệ thống điều khiển xử lý các thông tin của dữ liệu, qua bộ chuyển đổi tương tự số A/D tín hiệu số được truyền đến PLC để điều khiển cơ cấu chấp hành. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bộ phận điều khiển hiển thị rõ trên màn hình với các tham số, đồ thị điều khiển hoặc các tham số đã được chuẩn hóa và các thông số cài đặt.
- Yêu cầu cấu hình PC :
+ CPU: Pentium
+ Bộ nhớ: 16Mbyte cho Windows 95, 24 MB cho Windows NT + Dung lượng bộ nhớ : 50MB
+ Màn hình: VGA, 32768 màu
+ Hệ điều hành Windows 95 hoặc Windows NT 4.0
Hệ thống DISOCONT có thể giám sát chặt chẽ quá trình làm việc của hệ thống cân băng như tốc độ cấp liệu thực tế (T/h), lượng liệu được cấp trong một đơn vị thời gian. Từ những tín hiệu phản hồi về lấy từ cơ cấu chấp hành, DISOCONT có chức năng khuếch đại, chuyển đổi tín hiệu, hiển thị, truyền tín hiệu về bộ điều khiển xử lý đồng thời nhận tín hiệu điều khiển, chuyển đổi tín hiệu để đưa đến cơ cấu điều khiển. DISOCONT gồm có các bộ phận VSE, bộ phận điều khiển được sử dụng cho thao tác trực tiếp VLB, bộ phận cục bộ VLG,và bộ VEA là môđun vào/ ra bổ sung thêm số lượng đầu vào cho hệ thống. Các bộ phận này được kết nối với nhau qua hệ thống FIELDBUS để tạo thành một vòng khép kín tối ưu hóa cho quá trình làm việc một hệ thống.
Hình 3.20: Hệ thống MULTIDOS trong cân băng