Công đoạn phối liệu trong nhà máy xi măng...7 CHƯƠNG 2: CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG.. Cân băng định lượng là một hệ thống băng tải kết hợp với cân điện tử.Nó có thể c
QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT XI MĂNG TRONG NHÀ MÁY
Nguyên liệu sản xuất xi măng
Xi măng (tiếng Pháp: ciment) là chất kết dính thủy lực được sản xuất bằng cách nghiền mịn clinker, thạch cao tự nhiên và các phụ gia Khi tiếp xúc với nước, xi măng trải qua phản ứng thủy hóa và hình thành hồ xi măng Các sản phẩm thủy hóa hình thành khiến hồ xi măng bắt đầu ninh kết rồi hóa cứng để tạo thành vật liệu có cường độ và độ ổn định nhất định Với đặc tính kết dính khi gặp nước, xi măng được xếp vào loại chất kết dính thủy lực.
Xi măng là chất kết dính thủy lực quan trọng nhất hiện nay, sử dụng làm vật liệu xây dựng và được tiêu thụ nhiều.
Thành phần hóa học của phối liệu nung clinker gồm 4 oxit chính: CaO, SiO2 ,
Al2O3 và Fe2O3 nên nguyên liệu đầu vào phải đảm bảo cung cấp đủ các oxit trên CaO thường do đá vôi cung cấp.
Các oxit SiO2 , Al2O3 và Fe2O3 chủ yếu do nhóm khoáng sét cung cấp như đất sét.
Nếu thiếu Al2O3 phải dùng phụ gia điều chỉnh là Boxit, thiếu sắt dùng quặng sắt để bổ sung Fe2O3, và dùng đá silic để bổ sung SiO2
Thành phần của xi măng:CaO : 59-67%; SiO2 :16-26%;Al2O3 :4-9%;Fe2O3 : 2- 6%; MgO: 0,3-3%.
Bụi xi măng chứa bụi silicat có thể gây độc và gây ra các bệnh về đường hô hấp.
1.1.1.Chi thiết các thành phần hóa của clinker xi măng Poolăng
Tham gia tạo tất cả các khoáng chính của clinker XMP
CaOtd ảnh hưởng xấu tới chất lượng CL và XMP
Nhiều CaO sẽ đóng rắn nhanh, mác cao, kém bền trong môi trường xâm thực( xói mòn).
Tham gia tạo các nhóm khoáng silicat ( khoáng khó nóng chảy) của clinker XMP
Nhiều SiO2 đóng rắn chậm, mác cao, bền trong môi trường xâm thực.
Tham gia tạo các khoáng nóng chảy ( aluminat canxi và alumoferit canxi)
Nhiều Al2O3 đóng rắn nhanh, tỏa nhiều nhiệt, kém bền trong môi trường xâm thực, tăng độ nhớt pha lỏng clinker
Chủ yếu tham gia tạo khoáng nóng chảy alumoferit canxi
Nhiều Fe2O3 giảm mác xi măng, tăng bền trong môi trường xâm thực, giảm độ nhớt pha lỏng clanker, giảm nhiệt độ nung clinker
Gồm Na2O và K2O Tổng hàm lượng 0.1-5%
Ở nhiệt độ cao bay hơi một phần, một phần tham gia phản ứng tạo các khoáng chứa kiềm
Nhiều R2Os giảm mác xi măng, không ổn định thể tích, gây loang màu( nếu dùng làm vữa trát), ăn mòn cốt thép
Ở nhiệt độ cao sinh khí SO2 bay ra một phần, một phần tham gia phản ứng tạo các khoảng chứa SO3, làm giảm hàm lượng một số khoáng chính
Việc dư SO3 trong quá trình nung xi măng làm giảm mác xi măng và hình thành các hợp chất có nhiệt độ nóng chảy thấp, gây hại cho hệ thống lò nung Những chất này ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động của lò, đặc biệt đối với hệ thống cyclon trao đổi nhiệt, có thể dẫn tới ăn mòn và giảm hiệu suất vận hành Do đó, kiểm soát nồng độ SO3 và tối ưu hóa xử lý khí là yếu tố then chốt để bảo vệ hệ thống lò, kéo dài tuổi thọ thiết bị và đảm bảo chất lượng sản phẩm xi măng.
Cùng với R2O gây ảnh hưởng xấu tới quá trình nung luyện cũng như tính chất khoáng hóa và xây dựng sau này của xi măng
1.1.2 Nhóm phụ gia điều chỉnh các hệ số
-Phụ gia điều chỉnh: cung cấp đủ các thành phần oxit mà trong đất sét chưa đủ Nếu thiếu Al2O3 ta dùng quặng Boxit, thiếu Fe2O3 ta dùng xi quặng đốt lò cao, thiếu SiO2 ta dùng các loại quặng bị phong hóa.
-Phụ gia khoáng hóa: dùng chủ yếu trong xi măng lò đứng, sử dụng các chất có chứa flo như CaF2, Na2SiF6
- Thạch cao: nhằm điều chỉnh thời gian đông kết của xi măng
-Phụ gia xi măng: trộn thêm nhằm sản xuất các loại xi măng có mác khác nhau.
Các công đoạn sản xuất xi măng
1.2.1 Tách chiết nguyên liệu thô
Sản xuất xi măng sẽ sử dụng các nguyên liệu thô là canxi, silic, sắt và nhôm Những thành phần này lấy trong đá vôi, đát sét và cát Xi măng có hỗn hợp cát và đất sét với tỉ lệ nhỏ Và đương nhiên trong cát và đất sét thì có thể đáp ứng nhu cầu về silic, sắt và nhôm. Đá vôi: được khai thác bằng phương pháp khoan nổ, cắt tầng theo đúng quy trình và quy hoạch khai thác, sau đó đá vôi được xúc và vận chuyển tới máy đập búa bằng các thiết bị vận chuyển có trọng tải lớn, tại đây đá vôi được đập nhỏ thành đá dăm cỡ 25x25 và vận chuyển bằng băng tải về kho đồng nhất sơ bộ rải thành 2 đống riêng biệt, mỗi đống khoảng 15000 tấn. Đất sét: được khai thác bằng phương pháp cày ủi hoặc khoan nổ mìn và bốc xúc vận chuyển bằng các thiết bị vận tải có trọng tải lớn về máy đập búa Đá sét được đập bằng máy đập búa xuống kích thước 75mm ( đập lần 1) và đập bằng máy cán trục xuống kích thước 25mm( đập lần 2) Sau đập đá sét được vận chuyển về rải thành 2 đống riêng biệt trong kho đồng nhất sơ bộ, mỗi đống khoảng 6600 tấn.
Quặng và phụ gia điều chỉnh: để đảm bảo chất lượng clanker, Công ty kiểm soát quá trình gia công và chế biến hỗn hợp phối liệu theo đúng các modun, hệ số được xác định Do đó ngoài đá vôi và đát sét còn có các nguyên liệu điều chỉnh là quặng sắt ( giàu hàm lượng Fe2O3), quặng Boxit( giàu hàm lượng Al2O3) và đá Silic ( giàu hàm lượng SiO2).
Hình 01: Nhà máy sản xuất xi măng.
1.2.2 Phân chia tỉ lệ, trộn lẫn và nghiền
Nguyên liệu thô từ quặng được chuyển đến các phòng thí nghiệm của nhà máy, nơi các chuyên gia phân tích và xác định tỉ lệ chính xác giữa đá vôi và đất sét trước khi bắt đầu nghiền Quá trình phân tích này giúp tối ưu hóa chất lượng và hiệu suất nghiền bằng cách điều chỉnh tỉ lệ phù hợp Tỉ lệ thông thường là 80% đá vôi và 20% đất sét, được áp dụng để đảm bảo sản phẩm cuối cùng đạt tiêu chuẩn.
Tiếp tục với giai đoạn nghiền, nhà máy sử dụng hệ thống con lăn quay và bàn xoay để biến hỗn hợp thành bột mịn; bàn xoay quay liên tục dưới con lăn và con lăn tiếp xúc trực tiếp với hỗn hợp, tạo áp lực và quá trình nghiền diễn ra nhanh chóng Hỗn hợp nguyên liệu được nghiền thành bột mịn và khi đó con lăn đã thực hiện nhiệm vụ của mình; bột mịn sau đó được đưa tới đường ống để dự trữ, sẵn sàng cho các bước xử lý tiếp theo trong chu trình sản xuất.
Quy trình xử lý vật liệu bắt đầu bằng việc nghiền hoàn chỉnh nguyên liệu, sau đó đưa vào buồng trước nung Buồng trước nung chứa một chuỗi buồng xoáy trục đứng, nơi nguyên liệu thô đi qua và được đẩy vào lò nung Việc tận dụng nhiệt tỏa ra từ lò nung để làm nóng buồng trước nung giúp tiết kiệm năng lượng và làm cho nhà máy trở nên thân thiện với môi trường hơn.
Lò khá lớn và có thể xoay được và nó cũng được coi là phần quan trọng nhất của quá trình sản xuất xi măng Trong lò nhiệt độ có thể lên tới 14500C Nhiệt độ này đạt được là bắt nguồn từ phản ứng hóa học gọi là phản ứng khử Cacbon và phản ứng này còn thải ra khí CO2 Nhiệt độ cao trong lò làm cho nguyên liệu nhão ra.
Quá trình sản xuất xi măng bắt đầu từ chuỗi phản ứng hóa học giữa Ca và SiO2 để hình thành CaSiO3, thành phần chính của xi măng Lò nung được cấp nhiệt từ nguồn bên ngoài bằng khí tự nhiên hoặc than đá, đảm bảo nhiệt độ cần thiết cho quá trình luyện clinker Khi nguyên liệu tụ ở phần đáy lò nung, xỉ khô được hình thành và tách ra khỏi dòng luyện.
1.2.5 Làm mát và nghiền thành phẩm
Quá trình rời khỏi lò nung, xỉ được làm mát nhờ khí cưỡng bức; trong quá trình này xỉ tỏa ra nhiệt và được kiểm soát để hạ nhiệt từ từ, lượng nhiệt này sau đó được thu hồi và trả về cho lò, giúp tiết kiệm năng lượng cho sản xuất xi măng Tiếp đến là giai đoạn nghiền hoàn chỉnh, dùng các viên bi sắt để nghiền clinker thành bột mịn và chính bột mịn này là xi măng mà chúng ta đang sử dụng.
1.2.6 Đóng bao và vận chuyển
Quy trình bắt đầu bằng nghiền thành bột, sau đó sản phẩm được đóng gói thành túi có trọng lượng 20-25 kg/túi Các túi bột được đưa vào mạng lưới phân phối, vận chuyển tới các cửa hàng và cuối cùng đến tay người tiêu dùng.
Công đoạn phối liệu trong nhà máy xi măng
Chính là công đoạn trước khi nung Sau khi được nghiền hoàn chỉnh, nguyên liệu được đưa vào buồng trước khi nung Buồng này chứa một chuỗi các buồng xoáy trục đứng, nguyên liệu thô đi qua đây và vào trong lò nung Buồng trước nung này tận dụng nhiệt tỏa ra từ lò, việc này làm giúp tiết kiệm năng lượng và khiến cho nhà máy thân thiện với môi trường hơn.
CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG
Giới thiệu về hệ thống cân băng định lượng
Cân băng định lượng là một hệ thống băng tải kết hợp với cân điện tử, cho phép cân định lượng khối lượng nguyên liệu ngay trên hệ thống băng truyền cấp liệu Quá trình này giúp hoạt động sản xuất diễn ra liên tục và đảm bảo khối lượng nguyên liệu cho từng sản phẩm đạt chuẩn Nhờ vậy, chất lượng sản phẩm đầu ra được nâng cao, đáp ứng tiêu chuẩn cao và mang lại giá trị gia tăng cho doanh nghiệp.
Cân băng định lượng gồm có những thành phần cấu tạo chính sau đây:
Hình 02: Sơ đồ cấu tạo cân băng định lượng.
*Hệ thống khung cơ khí:
Phễu chứa và cấp liệu.
Hệ thống con lăn băng tải.
Băng tải vận chuyển nguyên liệu.
Một số linh kiện, phụ kiện hỗ trợ khác.
*Hệ thống cảm biến, điều khiển:
Thiết bị cảm biến trọng lượng ( loadcell cân băng định lượng).
Thiết bị cảm biến tốc độ.
Bộ chỉ thị điều khiển.
*Hệ thống điều khiển tự động hóa:
Hệ thống tủ điện điều khiển trung tâm.
Phần mềm điều khiển cân băng định lượng.
Dựa vào nhu cầu của doanh nghiệp sẽ lựa chọn cho mình một hệ thống cân băng phù hợp
Hệ thống cân băng được thiết kế để điều chỉnh tốc độ cấp liệu của vật liệu rắn, giúp kiểm soát lưu lượng một cách chính xác Vật liệu rắn được tháo ra từ các silo và đưa lên băng tải Độ dày của vật liệu trên băng được trải đều để đảm bảo mức chịu tải và hiệu suất vận hành của hệ thống không đổi Lưu lượng vật liệu có thể được tối ưu bằng cách điều chỉnh tốc độ của băng tải, từ đó đáp ứng nhu cầu sản xuất và cân đối các giai đoạn vận chuyển.
Nguyên lý: Động cơ quay kéo theo hộp giảm tốc làm quay băng tải hoạt động đưa nhiên liệu xuống băng tải để vào máy nghiền Liệu sẽ tác động lên tế bào cân và tín hiệu từ tế bào cân sẽ đưa vào tủ điện điều khiển Tại đây nhờ bộ biến tần điều khiển tốc độ quay băng tải theo giá trị cần thiết.
Hệ thống định lượng được điều khiển nhờ PLC được sử dụng ở nhà máy xi măng bao gồm 4 băng cân giống nhau để cân 4 loại liệu: đá vôi, đá sét, đá bazan và quặng sắt.
Mỗi băng tải cân được lắp đặt các đầu cân điện tử (loadcell) để đo khối lượng m trên băng và có đầu đo vận tốc để xác định vận tốc của băng Vì băng tải cân ngắn, tốc độ từ động cơ đến băng được truyền qua hộp số cứng nên tốc độ băng tải được ước lượng từ tốc độ động cơ Các tín hiệu m và v được đưa vào máy tính thông qua bộ chuyển đổi A/D và máy tính sẽ tính năng suất thực của cân Qt = m·v và so sánh với giá trị định mức Qđ của chúng Từ đó đưa ra tín hiệu điều khiển Uđk để điều khiển động cơ thông qua các bộ biến tần nhằm đảm bảo duy trì ổn định các thông số vận hành theo giá trị đặt trước.
Để đo lưu lượng vận chuyển trên băng tải, cần hai thông số chính: tốc độ di chuyển của băng và mật độ liệu trên băng Trong quá trình sản xuất khi lượng liệu trên băng tải giảm, cảm biến loadcell sẽ phát hiện và kết hợp với tín hiệu từ cảm biến tốc độ của động cơ và encoder gửi về bộ xử lý trung tâm để so sánh với mức định sẵn và kích hoạt mở van xả liệu Nếu việc mở van xả chưa đạt yêu cầu, hệ thống sẽ phối hợp điều chỉnh tốc độ của băng tải để đạt lưu lượng mong muốn.
Hình 03: Sơ đồ công nghệ điều khiển cân băng tải.
Hình 04 : Hình ảnh hệ thống băng cân định lượng.
Xây dựng công thức tính toán
Chỉ một nửa trọng tải của vật liệu được con lăn cân.
Sàn con lăn được tính: leff= lg 2
Trong đó : leff là chiều dài hiệu dụng sàn (m) lg là tổng chiều dài sàn (m).
Tải trọng băng tải được tính :
Với Q là 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 cấp độ cấp liệu, được tính toán theo công thức:
Với I là tốc độ cấp liệu ( lưu lượng) v tốc độ băng tải (m/s).
*Xây dựng công thức tính toán tốc độ băng tải từ bộ encoder:
Thời gian tính toán là t(ms), số xung được đếm là x Khi bánh xe quay được một số vòng thì số xung đếm được là y xung.
Vậy, với y xung thì bánh xe encoder quay được x/y vòng tương ứng với góc quay là 2 π∗x y (rad).
Sau 1ms bánh xe Encoder quay được
1 t ∗2 π∗x y (rad) Tốc độ của bánh xe Encoder ω=
Vận tốc bánh xe encoder:
Tốc độ băng tải: n’= n k với n- tốc độ định mức của động cơ (v/ph). k- tỷ số truyền của hộp số ( thường lấy kC).
Trong đó : D- đường kính con lăn (m).
R=1.4 m- chiều rộng của băng tải.
L=2.5m- chiều dài của băng tải. d =0.1m- đường kính bánh xe encoder.
* Chuẩn hóa vận tốc băng tải:
Tốc độ băng tải khi tốc độ động cơ vượt quá giá trị định mức một lượng ∆ n
Suy ra vận tốc bánh xe encoder: Vbtmax= ( n+∆ n k )* D 2 ∗2 π∗60 (m/h)
* Tải trọng nền của băng tải :Qmax
Suy ra Qmax=Imax/Vbt
*Tải trọng trên sàn Qbmax
Chuẩn hóa tải trọng băng tải cho đầu vào analog: Đầu vào analog với dải dòng điện 4–20 mA khi qua bộ chuyển đổi AD sẽ được ánh xạ sang dải giá trị số từ 0 đến 32767.
Khi đầu vào thay đổi một đơn vị, tải trọng băng tải sẽ thay đổi một lượng:
Các thiết bị trong hệ thống cân băng định lượng
Hệ thống cân băng định lượng thực hiện định lượng liệu theo tỉ lệ cố định với độ chính xác cao, nhờ sự phối hợp chặt chẽ của nhiều bộ phận cấu thành Các phần tử đo lường, điều khiển và giám sát đóng vai trò cốt lõi, đảm bảo tính nhất quán và hiệu suất vận hành của cả hệ thống Trong đó, các thành phần chính bao gồm cảm biến đo lường, bộ điều khiển tự động và hệ thống giám sát liên tục, kết hợp với cơ chế truyền động và giao diện người dùng để theo dõi và điều chỉnh định lượng một cách ổn định.
Máy tính được đặt tại phòng điều khiển trung tâm, có chức năng: cho phép kĩ 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 đóng vai trò chủ đạo trong hệ thống tự động hóa, nhận lệnh từ máy tính và truyền xuống biến tần để điều khiển tốc độ động cơ băng tải Đồng thời PLC nhận tín hiệu phản hồi từ biến tần và gửi lại về máy tính để xử lý, qua đó tối ưu hóa quá trình điều khiển và nâng cao hiệu quả vận hành của hệ thống.
Biến tần áp dụng phương pháp điều khiển vector từ thông để thực thi các lệnh điều khiển từ máy tính qua PLC hoặc trực tiếp từ PLC, đồng thời nhận tín hiệu phản hồi tốc độ động cơ để tính toán các tham số k của luật điều khiển PID nhằm điều khiển tốc độ động cơ tiến tới giá trị mong muốn Động cơ điện xoay chiều ba pha đảm nhận nhiệm vụ truyền động chính cho băng tải, đảm bảo hệ thống vận hành ổn định và hiệu quả.
Hộp số đóng vai trò quan trọng trong truyền động giữa động cơ, băng tải và các con lăn Thiết bị này sử dụng bộ truyền bánh răng hoặc trục vít để giảm số vòng quay và truyền công suất tới các cơ cấu chấp hành, giúp tối ưu hóa hiệu suất làm việc của hệ thống băng tải.
Cảm biến đóng vai trò quan trọng, là đầu vào của PLC, mục đích là cân trọng lượng liệu được vận chuyển và đo tốc độ của băng tải.
Trong cân băng tải người ta thường sử dụng cảm biến trọng lượng loadcell và cảm biến vận tốc Enceder.
*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 điều khiển.
Là thiết bị dùng để chuyển tín hiệu điện từ 4 đến 20mA hoặc từ 0 đến 10V thành tín hiệu số.
2.3.1 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 cơ.
Hình 05: Biến tần micromaster vector kiểu MM440 của siemen.
The Micromaster Vector MM 440 is designed with a modular architecture for flexible installation It can be controlled locally via a keypad mounted on the machine or configured to connect to a Profibus network module for networked operation.
Bộ biến tần Micromaster Vector kiểu MM 440 của Siemens có các đặc điểm sau:
- Điều khiển vector vòng kín ( tốc độ/moment).
- Có nhiều lựa chọn truyền thông :PROFIBUS, DEVICE NET,CAN OPEN.
- Ba bộ tham số trong một nhằm thích ứng biens 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 75kW.
- 4 tần số ngắt quãng tránh cộng hưởng lên động cơ hoặc lên máy.
- 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.
- Moment không đổi khi qua tốc độ 0.
- Thiết kế nhỏ gọn và dễ lắp đặt.
Cảm biến là thiết bị thực hiện một quan hệ hàm đơn trị giữa hai đại lượng vật lý với một độ chính xác nhất định Là thiết bị chịu tác động của đại lượng cần đo m không có tính chất điện và cho ta một đặc trưng mang bản chất điện ( như điện tích, điện áp, dòng hoặc trở), ký hiệu là S Đặc trưng điện S là hàm của đại lượng cần đo m.
Trong hệ thống cảm biến, S đại diện cho đại lượng đầu ra hoặc phản ứng của cảm biến và m là đại lượng đầu vào hay kích thích, có nguồn gốc từ đại lượng cần đo Việc đo S cho phép nhận biết và ước lượng giá trị của m, đồng thời xác lập mối quan hệ giữa S và m để phục vụ quá trình đo lường và điều khiển hệ thống.
Biểu thức S = f(m) là dạng lý thuyết của định luật vật lý biểu diễn hoạt động của cảm biến và đồng thời là dạng số biểu diễn sự phụ thuộc của cảm biến vào cấu tạo, vật liệu làm cảm biến; đôi khi nó còn phản ánh ảnh hưởng của môi trường và chế độ sử dụng lên hiệu suất và độ nhạy.
Trong việc đo khối lượng, cảm biến lực được dùng phổ biến nhất là loadcell Đây là một loại cảm biến lực biến dạng, hoạt động khi lực tác động lên một bộ phận đàn hồi gây biến dạng và mức biến dạng của bộ phận này được chuyển đổi thành tín hiệu điện tỷ lệ thuận với lực đã tác động Cảm biến này cho phép đo khối lượng chính xác bằng cách biến đổi biến dạng cơ học thành tín hiệu điện Sau đây là một giới thiệu ngắn gọn về loại cảm biến này.
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.
Cầu Wheatstone là mạch được chọn nhiều nhất để đo biến thiên điện trở nhỏ (tối đa 10%), chẳng hạn khi dùng các miếng đo biến dạng Phần lớn các thiết bị đo đạc có sẵn trên thị trường đã được tích hợp hoặc tinh chỉnh theo phiên bản của cầu Wheatstone Do đó việc nắm vững nguyên lý cơ bản của mạch này là cần thiết để hiểu và thiết kế các hệ thống đo đạc chính xác.
Mạch gồm 4 điện trở giống nhau R1, R2, R3 và R4 được bố trí thành cầu Wheatstone Trong mô hình này bỏ qua các thành phần hạng bậc cao, nên hiệu thế đầu ra Em đo được qua thiết bị có trở kháng Zm phụ thuộc vào tải và trạng thái cân bằng của cầu Với R1 = R2 = R3 = R4, cầu Wheatstone ở trạng thái cân bằng lý thuyết cho Em = 0 khi tải đo là vô hạn, nhưng khi Zm có giá trị thực tế thì Em bị ảnh hưởng bởi sự tải của Zm, ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác đo lường.
Với ∆ Ri Ri 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
V là hiệu điện thế nguồn Điện thế nguồn có thể ở dạng liên tục (DC) khi được cấp bởi một nguồn năng lượng thực sự ổn định; tuy nhiên, nhiều thiết bị trên thị trường lại dùng nguồn cấp xoay chiều (AC) Trong trường hợp đó, cần tính đến các 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 viết lại là:
PHÂN TÍCH THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG
Đặc điểm
Hiện nay, nhu cầu về bộ điều khiển linh hoạt và có chi phí thấp đang thúc đẩy sự phát triển của hệ thống điều khiển lập trình PLC PLC là một hệ thống sử dụng CPU và bộ nhớ để điều khiển máy móc và quá trình vận hành, mang lại khả năng quản lý và giám sát liên tục Được thiết kế để thay thế các phương pháp điều khiển bằng dây dẫn cồng kềnh, PLC cho phép điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt hơn thông qua việc lập trình các lệnh logic cơ bản Ngoài ra, PLC còn có thể thực hiện các tác vụ phụ như định thời, đếm và các chức năng hỗ trợ khác, từ đó tăng cường khả năng xử lý các hoạt động phức tạp trong sản xuất và tự động hóa.
Về phần cứng PLC tương tự như máy tính truyền thông và chúng có những đặc điểm thích hợp cho mục đích điều khiển trong công nghiệp.
Khả năng chống nhiễu tốt.
Cấu trúc dạng modun do đó dễ dàng thay thế, tăng khả năng( nối thêm modun mở rộng vào/ra) và thêm chức năng.
Việc kết nối dây và mức điện áp tín hiệu ở ngõ vào và ngõ ra được chuẩn hóa.
Ngôn ngữ lập trình chuyên dụng ladder, inotruction, funetionchat dễ hiểu và sử dụng.
Những đặc điểm trên làm cho PLC được sử dụng nhiều trong bộ điều khiển các máy móc công nghiệp và trong điều khiển quá trình.
Cấu trúc phần cứng
PLC bao gồm ba khối chức năng cơ bản : Bộ xử lý trung tâm, bộ nhớ và cổng vào /ra.
Bộ xử lý trung tâm (CPU) là bộ điều khiển và quản lý mọi hoạt động bên trong PLC Việc trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và các khối I/O được thực hiện thông qua hệ thống bus dưới sự điều khiển của CPU Một mạch dao động thạch anh cung cấp xung clock cho CPU, với tần số chuẩn phổ biến là 1 MHz hoặc 8 MHz tùy thuộc vào loại bộ vi xử lý được sử dụng.
ROM (Read Only Memory) là loại bộ nhớ đơn giản nhất chỉ cho phép đọc dữ liệu Nó gồm các ô nhớ (thanh ghi), mỗi ô lưu trữ một tín hiệu điều khiển và cho phép đọc một từ ở bất kỳ vị trí nào Do đặc tính không thể thay đổi được, ROM là bộ nhớ không mất dữ liệu khi tắt nguồn và dữ liệu được nạp chương trình một lần duy nhất, sau đó không thể ghi đè.
RAM (Random Access Memory) là bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên, loại bộ nhớ phổ biến nhất dùng để lưu trữ chương trình và dữ liệu đang được sử dụng Dữ liệu trong RAM có thể bị mất khi nguồn điện bị ngắt Vấn đề này được giải quyết bằng việc cấp nguồn riêng cho RAM.
EEPROM (Electronic Erasable Programmable Read-Only Memory) là loại bộ nhớ điện tử kết hợp khả năng truy cập linh hoạt của RAM với tính bền của ROM trên cùng một khối, cho phép lưu trữ dữ liệu lâu dài Dữ liệu trong EEPROM có thể bị xóa và ghi lại bằng tín hiệu điện, giúp cập nhật thông tin mà không cần thay chip Tuy nhiên, số lần ghi xóa của EEPROM còn bị giới hạn tùy thuộc vào công nghệ và thiết kế cụ thể Nhờ khả năng chỉnh sửa tại chỗ và ít bị mất dữ liệu, EEPROM thường được ứng dụng để lưu trữ cấu hình hệ thống, firmware nhỏ hoặc dữ liệu người dùng trong các thiết bị điện tử.
Mọi hoạt động xử lý tín hiệu bên trong PLC có mức điện áp 5V DC trong khi tín hiệu điều khiển bên ngoài lớn hơn rất nhiều, thường là 24V đến 240V DC với dòng lớn.
Khối vào ra đóng vai trò là mạch giao tiếp giữa vi mạch điện tử của PLC và mạch công suất ở bên ngoài, đồng thời kích hoạt các cơ cấu tác động Nó thực hiện chuyển đổi mức điện áp tín hiệu và cách ly điện áp, đảm bảo tín hiệu từ PLC tới các thiết bị ngoài được chuẩn hóa và an toàn Khối I/O cho phép PLC kết nối trực tiếp với các cơ cấu tác động có công suất dưới 2 A, nên không cần các nguồn công suất trung gian hoặc relay trung gian, giúp đơn giản hóa hệ thống và giảm chi phí.
Ta có thể lựa chọn các thông số cho các ngõ vào ra với các yêu cầu điều khiển cụ thể:
Loại ngõ ra dùng relay có thể nối với cơ cấu tác động để làm việc với điện áp DC hoặc AC Do cách ly ở dạng cơ nên đáp ứng chậm Tuổi thọ của relay phụ thuộc vào dòng tải qua tiếp điểm và tần số đóng tiếp điểm.
+ Ngõ vào: 24V DC; 110V AC hoặc 220V AC.
+ Ngõ ra : Dạng role, trannsitor hay triac.
- Loại ngõ ra dùng triac
- Loại ngõ ra dùng transitor: tuổi thọ cao và tần số đóng mở lớn.
Trong các PLC công suất lớn, việc lập trình thường được thực hiện bằng VDU có đầy đủ bàn phím và màn hình, được nối với PLC qua cổng nối tiếp, thường là RS-422 VDU hỗ trợ rất tốt cho việc lập trình ngôn ngữ LADDER Hiện nay máy tính cá nhân được sử dụng phổ biến để lập trình PLC, nhờ CPU nhanh, màn hình đồ họa chất lượng cao, bộ nhớ lớn và mức giá hợp lý.
Ngôn ngữ lập trình
Các loại PLC thường có nhiều ngôn ngữ lập trình nhằm mục đích phục vụ các đối tượng khác nhau PLC s7 300 có 3 ngôn ngữ lập trình cơ bản sau:
- Liệt kê lệnh( STL): là dạng ngôn ngữ thông thường của máy Một chương trình được ghép bởi nhiều câu lệnh theo một thuật toán nhất định, mỗi lệnh chiếm một hàng và đều có cấu trúc chung là : tên lệnh + thuật toán.
- Dạng hình thang(LAD): là ngôn ngữ đồ họa thích hợp với đối tượng quen thiết kế mạch điều khiển logic.
- Dạng khối (FBD): là ngôn ngữ đồ họa thích hợp với đối tượng quen thiết kế mạch điều khiển số.
Một chương trình LAD hay FBD có thể chuyển sang STL, ngược lại thì không.STL có nhiều lệnh mà LAD và FBD không có Vậy, STL là ngôn ngữ mạnh nhất để lập trình cho S7-300.
Chương trình điều khiển
3.4.1 Lưu đồ thuật toán yes Đèn 1 sáng
Chế độ 1 lần n no reset yes
Chế độ tự động Đèn 2 sáng
Làm việc yes 1 yes Dừng
2 no no start no no
Cân = 0 ; 650 no Cân = 650;900 no Cân = 800;870 no Cân = 8.7 ; 9
Xả đá Xả đất sét Xả quặng Xả phụ gia
Dừng trộn Cân = 0 ? trộn và xả trộn
Xả trạm cân yes no
T0 = 5S ? yes Dừng trộn và xả trộn
Timer T1 no T1 2 1 yes Tắt đèn 1 yes no Đèn 2 sáng?
3.4.2 Phân công đầu vào ra
+ Loadcell: Trong wincc ta giả sử đó là 1 bộ đếm couter: C0 + nút nhất START: BI_S1 và BM_S1
+ nút nhất STOP: BI_S2 và BM_S2
+ nút nhất RESET: BI_S3 và BM_S3
+ nút nhất CHẾ ĐỘ TỰ ĐỘNG: BI_S4 và BM_S4
+ nút nhất CHẾ ĐỘ MỘT LẦN: BI_S100 và BM_S100
+ van xilo đá và đèn báo xilo đá làm việc: Q _ M1
+ van xilo đất sét và đèn báo van xilo đất sét làm việc: Q _ M2 + van xilo quặng và đèn báo xilo quặng hoạt động: Q _ M3 + van xilo phụ gia và đèn báo xilo phụ gia hoạt động: Q _ M100 + trạm cân: Q _ M4
+ lò nung và đèn báo trạm trộn là việc: Q _ M200
+ đèn báo chế độ tự động: Q _ M300
+ đèn báo chế độ một lần: Q _ M500
+ xilo đất sét làm việc:
+ xilo phụ gia làm việc:
+ Trạm cân bắt đầu xả:
+ Xilo trộn hoạt động và xả:
+ Chế độ làm việc tự động và một lần.
+ Bộ đếm hiển thi cân và thời gian cân đếm thêm 1kg.