6. Phương pháp thực hiện
2.2.2. 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.
2.3 Cấu tạo hệ thống điều khiển
Hệ thống điều khiển cân băng được cấu tạo bao gồm các thành phần như sau:
Hình 2.5 : Sơ đồ cấu tạo hệ thống cân băng 3cửa.
- Bộ điều khiển trung tâm là PLC S7-300 CPU314 của Siemens có độ bền cao và thông dụng, và các module mở rộng analog vào/ra để nhận tín hiệu từ cảm biến trọng lượng(loadcell) và xuất điều khiển biến tần thay đổi tuyến tính tốc độ động cơ. - Loadcell là loại cảm biến trọng lượng đặc biệt chống rung chuyên sử dụng trong cân băng. Dùng để đo khối lượng tức thời của nguyên liệu trên cân băng.
- Thiết bị hiển thi trọng lượng (đầu cân) dùng để hiển thị khối lượng tức thời trên cân băng, đồng thời để đối chiếu với giá trị hiển thị trên máy tính và tham khảo trong trường hợp điều khiển bằng chế độ bằng tay.
- Encoder sử dụng để đo vận tốc quay của con lăn chính băng tải cấp liệu, từ đó PLC tính toán ra được vận tốc dài của cân băng để điều khiển băng tải và hiển thị lên màn hình máy tính.
- Biến tần được sử dụng để điều khiển thay đổi tốc độ động cơ và đồng thời PLC sẽ hiển thị tần số đang điều khiển của biến tần lên màn hình máy tính.
- Màn hình máy tính được cài đặt phần mềm giao diện vận hành đồ họa trực quan, dễ hiểu và dễ thao tác. Phần mềm được thiết kế để điều khiển cân băng, đồng thời giám sát và ghi lại các thông số vận hành của hệ thống.
- Ngoài ra hệ thống còn kết nối với máy in dùng cho mục đích lưu trữ và kiểm soát của người giám sát.
2.4. Thông số kỹ thuật của hệ thống
Hệ thống cân băng định lượng được thiết kế có các thông số kỹ thuật cơ bản sau : - Số lượng thành phần cân định lượng: 3
- Hình thức định lượng: Cân băng tải theo định mức. - Năng suất tối đa của một băng tải có thể đạt đến: 700 t/ h - Sai số cân: < 1,5%
- Điều khiển định lượng tự động, bằng tay hoặc kết hợp.
- Cho phép thay đổi năng suất và tỷ lệ các thành phần bằng máy tính PC. - Tốc độ tối đa của các băng tải cân: 15 m/phút.
- Tốc độ băng tải đo thông qua tốc độ động cơ chính xác tới 2cm / phút.
- Hiển thị số về tốc độ băng tải trên bàn điều khiển và trên màn hình máy tính đặt tại phòng điều khiển.
- Phần mềm điều khiển chạy trên hệ điều hành Windows XP với các dòng máy tính cá nhân thông dụng. Giao điện của phần mềm mô tả sơ đồ công nghệ toàn bộ hệ thống cân băng, ngôn ngữ sử dụng trong phần mềm hoàn toàn bằng tiếng Việt.
- Phần mềm điều khiển còn có các chức năng kiểm định cân và chỉnh bì hoàn toàn tự động.
- Thông báo về tình trạng các băng tải và vật liệu trên màn hình máy tính, có tín hiệu cảnh báo trong loa máy tính.
- Hệ thống có 2 chế độ chạy điều khiển là tự động hay bằng tay.
*Thông số kỹ thuật của cân:
Dài 3910mm, Rộng 1250mm, Mặt bằng : 650mm, Cao 1150mm
Chương 3
TRANG THIẾT BỊ DÙNG HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG 3.1. 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 biến thức ăn gia xúc, các nhà máy chế biến thực phẩm ...Các băng tải đóng vai trò vận chuyển nguyên vật liệu, thành phẩm thay cho sức người và các phương tiện vận chuyển cơ động khác . Trong khuôn viên nhà máy, phân xưởng, để vận chuyển vật liệu từ nơi khai thác, bến bãi tập kết hoặc kho chứa nguyên vật liệu để phục vụ cho quá trình sản xuất .
Hiện nay việc đảm bảo chất lượng cho mỗi sản phẩm là việc rất quan trọng đối với các doanh nghiệp. Do đó yêu cầu đặt ra là phải làm sao cho các sản phẩm đó phải có chất lượng và mẫu mã giống nhau. Vì vậy nhà sản xuất phải nắm bắt và kiểm soát được các thông số kỹ thuật, các tỷ lệ pha trộn được cài đặt chính xác. Việc hiệu chỉnh các thông số đầu vào cũng như đầu ra phải dễ thực hiện và thuận lợi cho người sản xuất và người điều khiển trung tâm . Đặc biệt trong công nghệ sản xuất xi măng công đoạn phối liệu để nghiền liệu và định lượng nghiền xi măng là rất quan trọng, nó quyết định đến chất lượng của xi măng . Người ta sử dụng hệ thống cân băng định lượng cho công đoạn phối liệu và nghiền xi măng. Để điều chỉnh được tỷ lệ pha trộn nguyên liệu chính xác và thay đổi năng suất dễ dàng, ta sử dụng biến tần nguồn áp để điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc truyền động cho băng tải.
Các hệ thống điều khiển cân băng có thể là bằng tay, bán tự động hoặc tự động
hóa hoàn toàn. Có thể sử dụng các vi mạch tổ hợp để điều khiển, tuy nhiên do ưu điểm ưu việt của PLC trong môi trường khói bụi, bảo trì, bảo dưỡng nên ngày nay hầu như các bộ điều khiển đều sử dụng các PLC, biến tần, và các thiết bị công nghiệp có tính module hóa cao khác trong thiết kế.
3.2. Cấu tạo cân băng định lượng3.2.1.Cấu tạo 3.2.1.Cấu tạo
Cân băng được thiết kế để cân liên tục lượng vật liệu vận chuyển trên băng tải. Vật liệu được dẫn trên một sàn bố trí dưới băng tải và được giới hạn bởi 2 con lăn.
Lượng vật liệu này tác dụng một lực lên load cell . Cấu tạo của một cân băng định lượng như sau:
Hình 3.2: Cấu tạo cân băng định lượng MULTIDOS
Một cân băng MULTIDOS có cấu tạo 1. Băng tải cao su.
2. Động cơ quay băng tải. 3. Hộp giảm tốc.
4. Puly truyền động. 5. Puly bị động. 6. Puly căng băng. 7. Cảm biến đo tốc độ. 8. Tế bào cân( loadcell).
3.2.2. Nguyên lý hoạt động
Hệ thống cân băng MULTIDOS được thiết kế để điều chỉnh tốc độ cấp liệu của vật liệu rắn. Vật liệu rắn được tháo ra từ Bunke. Bề dày của vật liệu trên băng tải thường được trải đều để đảm bảo mức chịu tải của băng tải là không thay đổi hoặc thay đổi ít. Lưu lượng vật liệu có thể đạt được thông qua việc điều chỉnh tốc độ băng tải.
Hình 3.3: Sơ đồ khối chức năng của cân băng định lượng
Để xác định lưu lượng vật liệu trên băng cần phải xác định đồng thời vận tốc của băng tải và trọng lượng vật liệu trên 1m chiều dài. Trong đó tốc độ băng tải được đo bằng cảm biến tốc độ có liên hệ động học với động cơ.
Năng suất của băng tải đặc trưng bởi lưu lượng I và tính theo công thức sau: I =Q.v [kg/s] hay I = 1000 . . 3600Qv =3,6. Q.v [tấn/h]. (3-1) Trong đó:
+ v là tốc độ di chuyển của băng, [m/s].
+ Q là khối lượng tải theo một đơn vị chiều dài, [kg/m].
Q=S.γ .103 (3-2)
Với:
+ γ là khối lượng riêng của vật liệu, [tấn/m ].
+ S là tiết diện cắt ngang của vật liệu trên băng, [m2].
3.3.Nguyên lý đo
Cân băng được thiết kế để cân liên tục lượng vật liệu vận chuyển trên băng tải. Vật liệu được dẫn trên một sàn bố trí dưới băng tải và được giới hạn bởi 2 con lăn . Lượng vật liệu này tác dụng một lực lên load cell . Nguyên lý đo như sau :
Hình 3.4 : Sơ đồ nguyên lý đo lường của hệ thống cân băng định lượng
Giá trị lực tác dụng tỷ lệ với sự thay đổi điện trở cảm ứng trong cầu điện trở và do đó trả về tín hiệu điện áp tỷ lệ. Nó được khuếch đại và đưa đến bộ vi xử lý thông bộ chuyển đổi tượng tự/số (ADC). Chỉ một nửa tải trọng của vật liệu được con lăn cân . Sàn con lăn được tính như sau:
Leff = Lg/2 (3.4) Leff: Chiều dài hiệu dụng sàn (m). Lg : Tổng chiều dài sàn (m).
Q = QB/Leff (3.5) Q: Tải trọng băng tải (Kg/m).
QB: Tải trọng trên sàn (Kg).
+ Giá trị đo quan trọng khác là tốc độ băng tải yêu cầu bởi bộ chuyển đổi và chuyển đổi theo tần số xung.
+ Việc sử dụng tải trọng và tốc độ băng tải để tính toán tốc độ cấp liệu, được tính theo công thức sau:
I = Q.v = QB.v/Leff (3.6) I: Tốc độ cấp liệu (lưu lựơng).
v: Tốc độ băng tải (m/s).
3.4.Hệ thống cân băng định lượng nghiền xi măng của công ty xi măng CHINFON Thủy Nguyên Hải Phòng CHINFON Thủy Nguyên Hải Phòng
Trong công nghệ sản xuất xi măng công đoạn phối liệu để nghiền liệu và định lượng nghiền xi là rất quan trọng, nó quyết định đến chất lượng của xi măng. Người ta sử dụng hệ thống cân băng định lượng cho công đoạn phối liệu và nghiền xi măng. Để điều chỉnh được tỷ lệ pha trộn nguyên liệu chính xác và thay đổi năng suất dễ dàng, ta sử dụng biến tần nguồn áp để điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc truyền động cho băng tải.
Hình 3.5: Mô hình hệ thống cân băng định lượng
3.5.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 và giám 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 quá trình, hiển thị báo cáo về quá trình sản xuất, chỉ thị giá trị đo lường dưới dạng các trang màn hình, trang đồ thị, trang sự kiện, thu thập dữ liệu và đưa vào lưu trữ theo trang nhất định .
PLC
PLC có chức năng nhận lệnh từ máy tính truyền xuống cho biến tần để điều khiển tốc độ động cơ băng tải, đồng thời nhận tín hiệu phản hồi từ biến tần truyền về lại cho máy tính xử lý .
Biến tần
phản hồi tốc độ động cơ để thực hiện tính toán các thông số k của luật điều khiển PID (kp, ki, kd) nhằm điều khiển tốc độ động cơ tiến nhanh đến giá trị mong muốn .
Động cơ không đồng bộ ba pha
Động cơ loại này dùng truyền động chính cho băng tải là loại động cơ rôto lồng sóc.
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 hay trục 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 lượng liệu được vận chuyển và đo tốc độ của băng tải .
Các bộ biến đổi ADC, DAC :
Là các thiết bị biến đổi tín hiệu tương tự/số, số/tương tự để giao tiếp giữa máy tính với đối tượng đều khiển .
Đầu cân.
Là thiết bị dùng để chuyển tín hiệu điện từ 4 đến 20mA hoặc 0 đến 10V thành tín hiệu số.
3.6. Giới thiệu về các phần tử tự động dùng trong hệ thống cân băng định lượng3.6.1.Động cơ không đồng bộ ba pha 3.6.1.Động cơ không đồng bộ ba pha
Trong hệ thống cân băng định lượng nghiền xi măng của nhà máy xi măng CHINFON , dùng loại động cơ roto lồng sóc để truyền động cho cân băng. Động cơ rôto lồng sóc của hãng SEW có hộp giảm tốc và được điều khiển bằng biến tần. Với ba cân băng truyền động bằng động cơ SEW series K với hộp giảm tốc mà trục ra vuông góc với trục động cơ. Hộp giảm tốc bao gồm 2 cấp bánh răng trụ và 1 cấp bánh răng côn xoắn.
Hình 3.6: Động cơ SEW loại K
Hình 3.7: Lắp đặt động cơ truyền động cho băng tải.
Truyền động cho hệ thống cânThông số cơ bản 3 động cơ tr băng như sau
Bảng 3.1: Thông số Động cơ Nguồn cấp ∆/ Y (V) Công suất KW Hộp số loại Động cơ loại Tần số Hz Vận tốc góc (v/p) Vào/Ra Hệ số trượt Sđm Mômen đầu trục hộp số(Nm) Tỉ số truyền i Clinker 220/380 2.2 K77 DAS 100L4 50 1472/ 8,2 0.019 13800 179,5 Thạch 220/380 0.37 K97- DAS 50 1416/1.02 0.056 26200 1388,2
Bazan 220/380 0.75 K77- R37
DAS 90S4
50 1446/3,84 0.036 14000 376,6
3.6.2. Biến tần Micromaster Vector kiểu MM 440 của Siemens.
Ta chọn biến tần MICROMASTER Vector kiểu MM 440 của Siemens sử dụng để điều khiển và thay đổi tốc độ động cơ.
Hình 3.8: Biến tần Micromaster Vector kiểu MM 440 của Siemens
Thiết bị MICROMASTER Vector kiểu MM 440 được thiết kế kiểu module, có thể điều khiển bằng bàn phím gắn trên máy hoặc lựa chọn ghép nối với mạng Profibus qua Profibus module.
Bộ biến tần MICROMASTER Vector kiểu MM 440 của Siemens có các đặc điểm sau:
- Thiết kế nhỏ gọn và dễ dàng lắp đặt.
- Điều khiển vector vòng kín ( Tốc độ/Moment).
- Có nhiều lựa chọn truyền thông: PROFIBUS, DIVICE NET, CAN OPEN.
- Ba bộ tham số trong một nhằm thích ứng biến tần với các chế độ hoạt động khác nhau.
- Định mức theo tải Moment không đổi hoặc bơm, quạt.
- Dự trữ động năng để chống sụt áp.
- Tích hợp sẵn bộ bấm dùng điện trở cho các biến tần đến 75Kw.
- Khởi động bám khi biến tần nối với động cơ quay.
- Tích hợp chức năng bảo vệ nhiệt cho động cơ dùng PTC/KTY.
- Khối chức năng Logic tự do: AND,OR, định thời, đếm.
- Momen không đổi khi qua tốc độ 0.
* Sơ đồ khối biến tần MICROMASTER Vector kiểu MM 440:
Hình 3.9: Sơ đồ khối của biến tần Micromaster vector kiểu MM 440
3.6.2.1. Cách đấu nối dây.
A/D A/D D/A D/A CB 3 M CPU L1, L2, L3 SI PE PE PE U, V, W DC DC 0V 3AC 208 230V 3AC 380 500V 3AC 525 575V +10V 0V 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 RL1 RL2 N P +5V RS485 A2OUT(MD only) OUT- AIN1 AIN1 DIN1 DIN2 DIN3 DIN4 AIN2/PIO AIN2/PIO A1OUT Moto DIN5 DIN6 <4,7KO V.0.10V 2.10V V.0.20mA 2.10mA + - +15V 1 2 3 4 5