bài giảng môn học các hệ thống điện tử điển hình

GIỚI THIỆU MÔN HỌC z Môn học cung cấp cho sinh viên nắm được các kiến thức cơ bản về trang bị điện điện tử cho một số hệ thống điện tử điển hình trong công nghiệp và dân dụng như: Hệ thố

BÀI GIẢNG MÔN HỌC CÁC HỆ THỐNG ĐIỆN TỬ ĐIỂN HÌNH

THS NGUYỄN THẾ CƯỜNG

GIỚI THIỆU MÔN HỌC

z Môn học cung cấp cho sinh viên nắm được các kiến thức cơ bản về trang bị điện điện tử cho một số hệ thống điện tử điển hình trong công nghiệp và dân dụng như: Hệ thống lò trung tần, cao tần, hệ thống lò hồ quang, mạ điện, điện phân, hệ thống cân băng định

lượng, hệ thống thang máy, hệ thống điều khiển đèn giao thông, …

NỘI DUNG MÔN HỌC

z Hệ thống điện tử cho hệ thống cân băng định lượng

z Hệ thống điều khiển nhiệt cho lò gia nhiệt

z Hệ thống điện tử cho máy hàn một chiều tự

động

z Hệ thống điện tử cho hệ thống lọc bụi tĩnh điện

z Hệ thống điện tử cho hệ thống mạ điện, điện phân

NỘI DUNG MÔN HỌC

z Hệ thống điện tử cho hệ thống lò hồ quang

xoay chiều

z Hệ thống điện tử cho hệ thống lò trung tần, cao tần

z Hệ thống điện tử trong bảo vệ sự cố lưới điện

z Hệ thống điện tử trong điều khiển thang máy

z Hệ thống điện tử cho hệ thống đèn giao thông

TÀI LIỆU HỌC TẬP

z Vũ Quang Hồi, Trang bị điện - điện tử máy công

nghiệp dùng chung, NXB Giáo dục 2006.

z PGS.TS Trần Văn Dy, Kỹ thuật lò điện luyện thép,

Hệ thống điện tử cho hệ thống

cân băng định lượng

Nội dung

z Giới thiệu

z Tìm hiểu yêu cầu hệ thống

z Cấu trúc điều khiển của hệ thống

z Các phần tử trong hệ thống

Giới thiệu

z Trong quá trình sản xuất tạo ra sản phẩm, khâu

định lượng đóng vai trò hết sức quan trọng, nhằmxác định chính xác khối lượng nguyên vật liệu, bánthành phẩm và sản phẩm Các thiết bị định lượng cómặt hầu hết tại các công đoạn của quá trình sản

xuất: cung ứng tồn trữ nguyên vật liệu, cấp liệu chotừng giai đoạn công nghệ, định lượng và đóng góisản phẩm

z Tự động điều khiển, giám sát các công đoạn của

quá trình sản xuất nói chung và khâu định lượng, đóng gói sản phẩm nói riêng là một trong các giảipháp ưu tiên hàng đầu được lựa chọn để tăng chấtlượng sản phẩm và gia tăng khả năng cạnh tranhcạnh tranh sản phẩm của các doanh nghiệp

Tìm hiểu yêu cầu hệ thống

z Hiện nay, trên thực tế sản xuất đang tồn tại hai dạng định lượng:

Định lượng gián đoạn

z Loại định lượng này

được tiến hành theophương pháp cân mẻ

và cơ cấu điều khiển đóng /mở cửa xả liệu ra thùng, các cơ cấu này có thể thiết kế theo cơ cấu vít tải hoặc van quay dạng múi khế và chuyển động dùng động cơ xoay chiều 3 pha

Những yêu cầu về thiết bị của hệ thống

cân mẻ

z Yêu cầu về phần điện điều khiển tự động:

– Khi làm việc thì hệ thống cân này sẽ được thực hiện hoàn toàn

tự động, phần điện điều khiển tự động sẽ nhận tín hiệu trọng lượng của thùng liệu thông qua các Loadcell gắn bên thùng, sau đó sẽ phân tích tín hiệu để điều khiển các cơ cấu đóng /mở cửa xả liệu vào /ra thùng theo trình tự đặt sẵn Mỗi khi tiến hành cân một mẻ hệ thống sẽ tự động xả liệu vào thùng, khi nào

lượng liệu trong thùng đầy, hệ thống sẽ dừng cơ cấu cấp liệu, sau đó tiến hành phân tích tín hiệu cân, đồng thời sẽ tự động trừ trọng lượng bì (vỏ thùng) và sẽ ra kết quả của mẻ cân đó Sau khi thu được kết quả cân thì hệ thống sẽ tự động xả liệu ra khỏi thùng đến khi hết lượng liệu trong thùng Kết quả của mỗi

mẻ cân sẽ được tự động lưu dữ trong bộ nhớ của bộ PLC và được hiển thị trên màn hình LCD

Định lượng gián đoạn kiểu rung

Nhận xét

z Định lượng gián đoạn chỉ phù hợp các hệ

thống cấp liệu không cần liên tục và thường được dung trong: đóng bao xi măng, đóng gói các sản phẩm, trạm trộn bêtông…

z Hệ thống tương đối đơn giản và do đặc điểm cân tĩnh nên thường cho độ chính xác cao.

z Khó đảm bảo độ đồng đều và liên tục trong việc phối liệu nhiều thành phần

z Được sử dụng nhiều

trong sản xuất xi măng, sơn và gạch men…

Hệ thống cân băng định lượng

Hệ thống cân băng cấp liệu

Nguyên lý của hệ thống cân băng

Con lăn

Load cell

P

Phương pháp xác định sản lượng (tiếp)

z Tín hiệu điện U lấy trên Load cell tỉ lệ với P qua một hệ số chuyển đổi Kp theo biểu thức sau:

P = Kp.U (kg)

z Như vậy có thể tính được trọng lượng băng tải trên một đơn vị chiều dài như sau:

) /

(

.

2

2

m

kg L

U K

L P

Phương pháp xác định sản lượng (tiếp)

z Nếu băng tải không trở vật liệu thì sản lượng tính được là sản lượng của bì gọi là QB , còn nếu băng tải có trở vật liệu thì sản lượng tính được là sản lượng của cả vật liệu và bì gọi chung là QT Vậy sản lượng của vật liệu là:

) / (

.

.

2

s kg

Q

v L

U

k Q

Q

Kết cấu của cân băng định lượng

Kết cấu của cân băng định lượng

Cơ cấu đo trọng lượng kiểu phân lực

Cơ cấu đo trọng lượng kiểu trực tiếp

z http://www.youtube.com/watch?v=oOammwi G3KU

Cơ cấu đo trọng lượng kiểu trực tiếp

Cảm biến trọng lượng (Loadcells)

Sensor đo tốc độ băng tải

Một số dạng Sensor đo tốc độ băng tải

Một số loại cân băng tải

Cấu trúc điều khiển của hệ thống

Biến tần

N: Sensor tốc độ

N

Thuật toán điều khiển PID số

z Luật PID trên miền thời gian (liên tục) được mô tảbởi công thức sau:

Trong đó:

KR = Hệ số tỷ lệ

TC = Hằng số thời gian chậm sau

TV = Hằng số thời gian vượt trướce(t) = Sai lệch điều chỉnh

u(t) = Tín hiệu điều khiển

o

V C

R

dt

t

de T

d

e T

t e K

t

) (

1 )

( )

Xấp xỉ thành phần I

z Thành phần I trên miền thời

gian được mô tả bởi công thức:

t

o

K T

d

e T

t

u ( ) = 1 ∫ ( τ ) τ ; =

1 1

1

)1(

)(

)1(

)(

I I

k

i

i I

I k

i

i I

I

e T

T k

u k

u

e T

T k

u

e T

T k

u

1

1

1 )

T z

E

z U

I I

1(

)(

)

(2

1)

1(

)

(2

1)

I I

k

i

i i I

I

k

i

i i I

I

e

e T

T k

u k

u

e

e T

T k

u

e

e T

T k

) (

T z

E

z U

I I

Xấp xỉ thành phần D

z Bước 1: Tìm giá trị xấp xỉ cho de (t)

z Bước2: ảnh Laplace của công thức trên có dạng:

z Bước 3: Khai triển chuỗi cho các khai triển e mũ, sau

đó so sánh hệ số 2 vế để tìm c0, c1, c2

n k n k

k kT

t

f c f

c f

c dt

+

) (

n

sT

e c e

c c

s F s

sF ( ) ≈ ( ) 0 + 1 − + L + −

c T c

c T c

T

Tc Tc

c c

3

0

2 2

1 2

0

2 1

0

2

2 1

2

2 1

2 1

=

−

−

= +

3 2

1 )

(

2 1

−

D k

k k

kT t

e e

e T

T k

u f

f

f T

dt

t df

k kT

t

e

e T

T k

u f

f T dt

t df

Xấp xỉ luật PID

z Giả sử xấp xỉ thành phần I theo phương pháp hình chữ nhật và thành phần D bậc 1 ta thu được:

V i

C

k R

T

T e

T

T e

K

u

) (

+ +

+

=

⇒ −1 −1 −1 V ( k 2 k−1 k−2)

k C

k k

R k

T

T e

T

T e

e K

u u

Đây là phương trình sai phân thực hiện luật điều khiển PID trên máy tính

Chương trình thực hiện thuật toán PID

void PID (Kp, Ti, Td, T, Uk, Uk_1, Ek, Ek_1, Ek_2)

Hệ thống điều khiển cân băng

HỆ THỐNG LỌC BỤI

NỘI DUNG

z Giới thiệu chung

z Buồng lắng bụi dạng hộp

z Thiết bị lọc bụi kiểu xiclon

z Thiết bị lọc bụi kiểu quán tính

z Thiết bị lọc bụi kiểu túi vải

z Thiết bị lọc bụi kiểu tĩnh điện

Giới thiệu chung

z Độ trong sạch của không khí là một trong những tiêuchuẩn quan trọng cần được khống chế trong các

không gian điều hoà và thông gió Tiêu chuẩn nàycàng quan trong đối với các đối tượng như bệnhviện, phòng chế biến thực phẩm, các phân xưởngsản xuất đồ điện tử, thiết bị quang học vv

z Bụi là những phần tử vật chất có kích thước nhỏ békhuếch tán trong môi trường không khí

z Bụi là một trong các chất độc hại Tác hại của bụi

phụ thuộc vào các yếu tố: Kích cỡ bụi, nồng độ bụi

và nguồn gốc bụi

Giới thiệu chung (tiếp)

z Phân loại bụi

– Theo nguồn gốc của bụi

phẩm như thuốc lá, bông vải,bụi gỗ, các sảnphẩm nông sản, da, lông súc vật

z Bụi vô cơ: Có nguồn gốc từ kim loại, khoángchất, bụi vô cơ, đất, đá, xi măng, amiăng

Giới thiệu chung (tiếp)

– Theo kích cỡ hạt bụi:

z Bụi có kích cỡ càng bé tác hại càng lớn do khảnăng xâm nhập sâu, tồn tại trong không khí lâu

và khó xử lý Theo kích cỡ bụi được phân thànhcác dạng chủ yếu sau:

– Siêu mịn : Là những hạt bụi có kích thước nhỏ hơn 0,001µm Loại bụi này là tác nhân gây mùi trong các không gian thông gió và điều hoà không khí

– Rất mịn : 0,1 ÷ 1 µm

– Mịn : 1 ÷ 10 µm

– Thô : > 10 µm

Giới thiệu chung (tiếp)

– Theo hình dáng hạt bụi

zTheo hình dạng có thể phân thành các dạng bụi sau:

Giới thiệu chung (tiếp)

z Tác hại của bụi

– Bụi có nhiều tác hại đến sức khoẻ và chất lượng các sản phẩm

– Đối với sức khoẻ của con người bụi ảnh hưởng đến đường

hô hấp, thị giác và ảnh hưởng đến cuộc sống sinh hoạt khác của con người Đặc biệt đối với đường hô hấp, hạt bụi càng nhỏ ảnh hưởng của chúng càng lớn, với cỡ hạt 0,5

÷10µm chúng có thể thâm nhập sâu vào đường hô hấp nên còn gọi là bụi hô hấp Mức độ ảnh hưởng của bụi phụ thuộc nhiều vào nồng độ bụi trong không khí (mg/m3) Nồng độ bụi cho phép trong không khí phụ thuộc vào bản chất của bụi và thường được đánh giá theo hàm lượng ôxit silic (SiO2)

Giới thiệu chung (tiếp)

z Thiết bị lọc bụi, phân loại và các thông số đặc trưng.

– Phân loại:

z Buồng lắng bụi dạng hộp

z Thiết bị lọc bụi kiểu xiclon

z Thiết bị lọc bụi kiểu quán tính

z Thiết bị lọc bụi kiểu túi vải

z Thiết bị lọc bụi kiểu tĩnh điện

z Thiết bị lọc bụi kiểu lưới lọc

z Thiết bị lọc bụi kiểu thùng quay

z Thiết bị lọc bụi kiểu sủi bọt

z Thiết bị lọc bụi bằng lớp vật liệu rỗng

Giới thiệu chung (tiếp)

z Các thông số đặc trưng của thiết bị lọc bụi

– Các thông số đặc trưng cho một thiết bị lọc bụi bao gồm: Hiệu quả lọc bụi, Phụ tải không khí và trở lực của thiết bị lọc bụi – Hiệu quả lọc bụi ηb: Là tỷ lệ phần trăm lượng bụi được xử lý

so với lượng bụi có trong không khí ban đầu

Trong đó:

z G'b, G"b :Lượng bụi vào ra thiết bị trong một đơn vị thời gian, g/s

z Z'b, Z"b :Nồng độ bụi vào ra thiết bị trong không khí đầu vào và đầu ra thiết bị, g/m3

Giới thiệu chung (tiếp)

không khí tính cho 1m2 diện tích bề mặt lọc.

Trong đó:

z L - Lưu lượng lưu thông không khí, m3/h

z F - Diện tích bề mặt lọc bụi, m2

Giới thiệu chung (tiếp)

z Trở lực thủy lực: Một trong những chỉ tiêu quan trọng

của thiết bị lọc bụi là trở lực cục bộ do bộ lọc gây rađối với dòng không khí khi đi qua nó Trở lực của bộlọc được tính theo công thức

Trong đó:

ξ - Hệ số trở lực cục bộ của bộ lọc;

ρ - Khối lượng riêng của không khí qua bộ lọc, kg/m3 ;

ω - Tốc độ không khí qua bộ lọc, m/s

Một số thiết bị lọc bụi

Buồng lắng bụi

z Buồng lắng bụi có cấu tạo dạng hộp, không khí vào 1 đầu và ra đầu kia Nguyên tắc tách bụi của buồng lắngbụi chủ yếu dựa trên:

– Giảm tốc độ hổn hợp không khí và bụi một cách đột ngột khi vào buồng Các hại bụi mất động năng và rơi xuống dưới tác dụng của trọng lực

– Dùng các vách chắn hoặc vách ngăn đặt trên đường chuyển động của không khí, khi dòng không khí va đập vào các tấm chắn đó các hạt bụi bị mất động năng và rơi xuống đáy buồng – Ngoặt dòng khi chuyển động trong buồng

Buồng lắng bụi

Buồng lắng bụi

z Nhận xét:

– Cấu tạo đơn giản

– Không có khả năng tự động hóa

– Buồng lọc đạt hiệu xuất thấp: 50-60%

– Không lọc được bụi cỡ nhỏ

– Không gian của buồng lớn, tốn diện tích

– Ít được sử dụng

Buồng lắng bụi

z Buồng lắng bụi nhiều ngăn

Buồng lắng bụi nhiều ngăn

z Nhận xét:

– Hiệu xuất đạt khoảng 85-90%

– Không lọc được bụi cỡ nhỏ

– Cấu tạo phức tạp hơn loại một ngăn

– Không có khả năng tự động hóa

Bộ lọc bụi kiểu xiclôn

z Hoạt động theo nguyên

Bộ lọc bụi kiểu quán tính

Bộ lọc bụi kiểu túi vải

Một số hình ảnh lọc bụi kiểu túi vải

Bộ lọc bụi kiểu túi vải

z Nhận xét:

– Cấu tạo tương đối phức tạp

– Hiệu suất cao: có thể đạt > 95%

– Lọc được các loại bụi to và nhỏ

– Thể tích buồng lọc không cần lớn

– Trở lực lớn: 600 ÷ 900Pa

– Phải sấy khô bụi trước khi đưa vào buồng lọc

Lọc bụi bằng tĩnh điện

z Lọc bụi tĩnh điện hoạt động theo nguyên lý

ion hóa các hạt bụi bằng một điện trường cao áp, sau khi bị ion hóa các hạt bụi sẽ bị hút về các tấm cực của buồng lọc.

z Bộ lọc tĩnh điện được sử dụng để lọc các loại bụi có kích thước nhỏ.

Lọc bụi bằng tĩnh điện

-+ +

Buồng lọc bụi tĩnh điện

14 Căng dây điện cực

15 Phễu thu bụi

Một số hình ảnh buồng lọc bụi

Một số hình ảnh buồng lọc bụi

Một số hình ảnh buồng lọc bụi

Một số hình ảnh buồng lọc bụi

CK F1

- ( 0 100kV)

TI 50/5 15KVA

50A

DCR KM3 AT2

A B C

DCQ

KM2 AT3

A B C RT2

40A

40A

32A

32A

Phạm vi ứng dụng của lọc bụi tĩnh điện

z Trong sản xuất xi măng

z Trong sản xuất gang thép

z Trong nhà máy nhiệt điện

z Trong sản xuất gạch men

z Trong nhà máy luyện kim và khoáng sản

z Trong hầm giao thông đường bộ

z Trong điều hòa không khí tòa nhà

Lọc bụi tĩnh điện trong sản xuất xi măng

Lọc bụi tĩnh điện trong sản xuất gang

Lọc bụi tĩnh điện

Lọc bụi xiclon

Lò cao

Lò gió nóng

Lọc bụi tĩnh điện trong sản xuất gang thép

Yêu cầu của hệ thống điện điều khiển

z Tự động điều chỉnh điện áp xoay chiều trong dải 0 ÷ 220Vac hoặc 0 ÷ 380Vac cấp cho biến áp tăng áp.

z Tự động thay đổi công suất lọc bụi theo lưu lượng bụi.

z Tự động thích nghi điện trường lọc bụi theo khả năng chịu cách điện của buồng lọc.

z Tự động giảm áp khi rung rũ bụi (tránh phóng điện khi rung rũ).

z Tự động dừng quạt khi rung rũ bụi ( tránh tổn thất bụi ra ngoài

khi rung rũ)

z Hiển thị điện áp ra cấp cho biến áp tăng áp (điện áp sơ cấp).

z Hiển thị giá trị dòng điện cấp cho biến áp (dòng điện sơ cấp).

z Hiển thị điện áp cao thế cấp cho buồng lọc (điện áp tải).

z Hiển thị dòng điện cấp cho buồng lọc (dòng điện tải).

z Bảo vệ cắt điện áp cung cấp cho biến áp, cảnh báo bằng đèn

và chuông khi xẩy ra các sự cố.

Cấu trúc điều khiển theo dòng lọc bụi Id

Cấu trúc điều khiển theo điện áp lọc bụi Ud

89