Nghiền cứu thiết kế hệ thống điều khiển cân bằng định lượng cấp liệu cho máy nghiền

Chương 1. Công nghệ sản xuất xi măng và hệ thống cân băng định lượng………….2 1.1.Tổng quan về công nghệ sản xuất xi măng………………………………………...2 1.1.1 Khái niệm về xi măng………………………………………………………....2 1.1.2. Phân loại……………………………………………………………………....2 1.1.3.Các công đoạn chính của quá trình sản xuất xi măng………………………...3 1.2.Hệ thống cân băng định lượng…………………………………………………......6 1.2.1. Khái niệm về cân băng định lượng…………………………………………...7 1.2.2. Nguyên lý cân băng định lượng.......................................................................8 1.2.3 Vị trí đặt cân băng định lượng………………………………………………...8 1.2.4. Nguyên lý tính lưu lượng của cân băng định lượng ….....................................8 1.2.4.1. Công thức tính lưu lượng …………………………………………………..8 1.2.4.2. Nguyên lý của quá trình trừ bì……………………………………………...8 1.2.5.Tế bào cân đo trọng lượng Tenzomet…………………………………………9 1.2.6. Các sai số trong hệ thống cân băng và cách hiệu chỉnh…………………..…10 Chương 2. Hệ thống điều khiển tần số động cơ không đồng bộ……………………..11 2.1. Hệ thống truyền động động cơ không đồng bộ…………………………………..11 2.1.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của động cơ điện không đồng bộ xoay chiều ba pha……………………………………………………………………………………..…11 2.1.2. Đặc tính động cơ không đồng bộ……………………………………………12 2.1.3. Điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ………………………………….13 2.2. Hệ thống điều khiển tần số…………………………………………………….....13 2.2.1 Nguyên lý điều khiển tần số …...………………………………………….…13 Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển cân băng định lượng cấp liệu cho máy nghiền 2.2.2. Qui luật điều khiển tần số cơ bản …………………………………………...13 2.3. Bộ biến đổi tần số………………………………………………………...……15 2.4. Bộ biến tần dang điều chế độ rông xung PWM……………………………….16 Chương 3. Xây dựng cấu hình hệ thống điều khiển lưu lượng. 3.1. Cấu hình hệ thống điều khiển của cân băng định lượng ………………………...21 3.2. Các thông số của cân băng định lượng…………………………………………...21 3.2.1. Các thông số của băng tải……………………………………………………22 3.2.2.Các thông số cơ cấu chấp hành………………………………………………22 3.3. Chọn thiết bị cho hệ thống điều khiển cân băng…………………………………23 3.3.1. Chọn động cơ………………………………………………………………..23 3.3.2 . Chọn máy phát tốc………………………………………………………….23 3.3.3. Chọn Loadcel………………………………………………………………..24 3.3.4. Chọn biến tần………………………………………………………………..25 3.4. Xây dựng đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ………………………………26 3.4.1. Tính toán và vẽ dạng đặc tính cơ động cơ không đồng bộ………………...26 3.4.2 . Tính toán bù điện áp cho động cơ không đồng bộ……………………..…..28 3.4.3. Tính bù độ trượt……………………………………………………………..31 3.5. Cài đặt biến tần………………………………………………………………...…32 3.5.1. Các đầu dây điều khiển và sơ đồ nguyên lý của biến tần MM440………….32 3.5.1. Các đầu dây điều khiển và sơ đồ nguyên lý của biến tần MM440………….32 3.5.2 . Vận hành biến tần…………………………………………………………...34 3.6. Cài đặt thông số cho bộ biến tần của hệ thống điều khiển……………………….36 3.6.1. Chế độ cài đặt nhanh………………………………………………………...36 3.6.2. Điều khiển vf………………………………………………………………..38 3.6.3. Cài đặt bù độ trượt ……………………………………………………….....39 Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển cân băng định lượng cấp liệu cho máy nghiền 3.7. Thiết kế hệ thống điều khiển bộ điều chỉnh lưu lượng ……………………….39 3.7.1. Chọn biến tần………………………………………………………………..39 3.7.2. Ghép nối hệ thống…………………………………………………………...41 Chương 4. Tổng hợp hệ thống điều khiển…………………………………………….42 4.1. Sơ đồ chức năng hệ thống………………………………………………………..42 4.2. Xây dựng hàm truyền các khâu trong hệ thống…………………………………..42 4.2.1. Mô hình động cơ…………………………………………………………….42 4.2.2. Bộ biến tần…………………………………………………………………..43 4.2.3. Luật điều khiển Uf = const…………………………………………………44 4.2.4. Tốc độ Băng tải……………………………………………………………...44 4.2.5. Hàm truyền của khâu chỉnh lưu lượng………………………………………44 4.3. Tổng hợp bộ điều khiển…………………………………………………………..44 4.4. Mô phỏng hệ thống bằng Simulink………………………………………………47 4.4.1. Mô hình hệ thống điều khiển lưu lượng băng tải……………………………

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan bản đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển cânbăng định lượng cấp liệu cho máy nghiền do em tự thiết kế dưới sự hướng dẫn của

thầy giáo TS.Nguyễn Mạnh Tiến Các số liệu và kết quả là hoàn toàn đúng với thực tế

Để hoàn thành đồ án này em chỉ sử dụng những tài liệu được ghi trong danh mục tài liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tài liệu nào khác Nếu phát hiện có

sự sao chép em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Hà Nội, ngày 6 tháng 6 năm 2013

Sinh viên thực hiện

PHÍ MẠNH THẮNG

Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển cân băng định lượng cấp liệu cho máy nghiền

MỤC LỤC

Lời nói đầu……… 1

Chương 1 Công nghệ sản xuất xi măng và hệ thống cân băng định lượng………….2

1.1.Tổng quan về công nghệ sản xuất xi măng……… 2

1.1.1 Khái niệm về xi măng……… 2

1.1.2 Phân loại……… 2

1.1.3.Các công đoạn chính của quá trình sản xuất xi măng……… 3

1.2.Hệ thống cân băng định lượng……… 6

1.2.1 Khái niệm về cân băng định lượng……… 7

1.2.2 Nguyên lý cân băng định lượng 8

1.2.3 Vị trí đặt cân băng định lượng……… 8

1.2.4 Nguyên lý tính lưu lượng của cân băng định lượng … 8

1.2.4.1 Công thức tính lưu lượng ……… 8

1.2.4.2 Nguyên lý của quá trình trừ bì……… 8

1.2.5.Tế bào cân đo trọng lượng Tenzomet………9

1.2.6 Các sai số trong hệ thống cân băng và cách hiệu chỉnh……… …10

Chương 2 Hệ thống điều khiển tần số động cơ không đồng bộ……… 11

2.1 Hệ thống truyền động động cơ không đồng bộ……… 11

2.1.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của động cơ điện không đồng bộ xoay chiều ba pha……… …11

2.1.2 Đặc tính động cơ không đồng bộ………12

2.1.3 Điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ……….13

2.2 Hệ thống điều khiển tần số……… 13

2.2.1 Nguyên lý điều khiển tần số … ……….…13

Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển cân băng định lượng cấp liệu cho máy nghiền

2.2.2 Qui luật điều khiển tần số cơ bản ……… 13

2.3 Bộ biến đổi tần số……… ……15

2.4 Bộ biến tần dang điều chế độ rông xung PWM……….16

Chương 3 Xây dựng cấu hình hệ thống điều khiển lưu lượng 3.1 Cấu hình hệ thống điều khiển của cân băng định lượng ……… 21

3.2 Các thông số của cân băng định lượng……… 21

3.2.1 Các thông số của băng tải………22

3.2.2.Các thông số cơ cấu chấp hành………22

3.3 Chọn thiết bị cho hệ thống điều khiển cân băng………23

3.3.1 Chọn động cơ……… 23

3.3.2 Chọn máy phát tốc……….23

3.3.3 Chọn Loadcel……… 24

3.3.4 Chọn biến tần……… 25

3.4 Xây dựng đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ………26

3.4.1 Tính toán và vẽ dạng đặc tính cơ động cơ không đồng bộ……… 26

3.4.2 Tính toán bù điện áp cho động cơ không đồng bộ……… … 28

3.4.3 Tính bù độ trượt……… 31

3.5 Cài đặt biến tần……… …32

3.5.1 Các đầu dây điều khiển và sơ đồ nguyên lý của biến tần MM440………….32

3.5.1 Các đầu dây điều khiển và sơ đồ nguyên lý của biến tần MM440………….32

3.5.2 Vận hành biến tần……… 34

3.6 Cài đặt thông số cho bộ biến tần của hệ thống điều khiển……….36

3.6.1 Chế độ cài đặt nhanh……… 36

3.6.2 Điều khiển v/f……… 38

3.6.3 Cài đặt bù độ trượt ……… 39

Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển cân băng định lượng cấp liệu cho máy nghiền

3.7 Thiết kế hệ thống điều khiển bộ điều chỉnh lưu lượng ……….39

3.7.1 Chọn biến tần……… 39

3.7.2 Ghép nối hệ thống……… 41

Chương 4 Tổng hợp hệ thống điều khiển……….42

4.1 Sơ đồ chức năng hệ thống……… 42

4.2 Xây dựng hàm truyền các khâu trong hệ thống……… 42

4.2.1 Mô hình động cơ……….42

4.2.2 Bộ biến tần……… 43

4.2.3 Luật điều khiển U/f = const………44

4.2.4 Tốc độ Băng tải……… 44

4.2.5 Hàm truyền của khâu chỉnh lưu lượng………44

4.3 Tổng hợp bộ điều khiển……… 44

4.4 Mô phỏng hệ thống bằng Simulink………47

4.4.1 Mô hình hệ thống điều khiển lưu lượng băng tải………47

Kết luận……….51

Tài liệu tham khảo……… 52

Danh mục hình vẽ

Danh mục hình vẽ

Hình 1.1 Cấu trúc điều khiển một trạm cân băng tải…… ……… 6

Hình 1.2 Sơ đồ khối hệ điều khiển cân băng định lượng………7

Hình 1.3: Sơ đồ cầu tế bào cân Tenzomet……… …………9

Hình 2.1 Cấu tạo động cơ không đồng bộ 3 pha rotor dây quấn………… ………… 11

Hình 2.2 Đặc tính động cơ……… ……….12

Hình 2.3 Đặc tính động cơ với luật điều khiển U/f = const, khi R1 ≠ 0………14

Hình 2.4 đặc tính U(f) lý tưởng và thực tế ……… ………15

Hình 2.5 sơ đồ khối bộ biến tần gián tiếp ……… 16

Hình 2.6 Nguyên lý điều chế độ rộng xung ……… ….17

Hình 2.7 Sơ đồ nghịch lưu ba pha ……… …………18

Hình 2.8 Dạng điện áp ra của sơ đồ nghịch lưu áp ba pha……… ……20

Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển lưu lượng cân băng định lượng……….…… 21

Hình 3.2 Đặc tính cơ động cơ……… ………… 27

Hình 3.3 Đường đặc tính quan hệ U(f) hiệu chỉnh……… ……… 39

Hình 3.4 Quan hệ U(f) sau khi hiệu chỉnh……… ……….30

Hình 3.5 Sơ đồ khối của biến tần MM440……… ………….33

Hình 3.6 Màn hình LCD và các nút bấm……… ………… 34

Hình 3.7 Dạng đặc tính cài đặt v/f……… ………38

Hình 3.8 Biến tần loại CPU 224-XP của siemens……… ……….40

Hình 3.9 Ghép nối hệ thống……… ……… 41

Hình 4.1 Sơ đồ chức năng hệ thống……… ……… 42

Hình 4.2 Sơ đồ bộ điều khiển……… ………45

Hình 4.3 Mạch vòng điều chỉnh lưu lượng……… 45

Hình 4.4 Sơ đồ mô phỏng hệ thống điều khiển lưu lượng trên Simulink……….47

Hình 4.5 Đáp ứng lưu lượng thực của hệ thống……… ……48

Danh mục hình vẽ

Hình 4.6 Đáp ứng tốc độ quay của roto………48 Hình 4.7 Đáp ứng momen của động cơ………49 Hình 4.8 Đáp ứng dòng điện stato của động cơ………49

Danh mục bảng số liệu

Danh mục bảng số liệu

Bảng 1.1.Thống kê một số tế bào cân Tenzomet……… …10

Bảng 3.1 Thông số băng tải……… 22

Bảng 3.2 Thông số cơ cấu chấp hành……… ….23

Bảng 3.3 Thông số động cơ……… ……23

Bảng 3.4 Thống số máy phát xung.……… …… 24

Bảng 3.5 Thống số Loadcell ……… …….25

Bảng 3.6 Thông số biến tần……… ……… 25

Bảng.3.7 các thông số với f khác nhau……… …… 27

Bảng 3.8 Các đầu dây điều khiển của MM440……… …… 32

Bảng 3.9 Chức năng và ý nghĩa các nút……… ………34

Bảng 3.10 Chức năng và ý nghĩa các nút thay đổi thông số……… … 36

Bảng 3.10 Cài đặt thông số nhanh……… ……… 36

Bảng 3.11.Cài đặt đầu vào đầu ra số DIN và DOUT……… …… 37

Bảng 3.12 Cài đặt đầu vào và đầu ra tương tự ADC và DAC……… … 37

Bảng 3.13 Cài đặt đặc tính v/f……… ………38

Bảng 3.14 Cài đặt bù độ trượt……… ………41

Công nghệ sản xuất xi măng và hệ thống cân băng định lượng

LỜI NÓI ĐẦU

Sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật ngày nay góp phần to lớn vào sự phát

triển kinh tế, xã hội Nhu cầu của con người ngày càng tăng cao do vậy việc tiêu thụ các

nguồn năng lượng phục vụ cho công nghiệp, sinh hoạt cũng tăng theo Vì vậy việc tiết

kiệm năng lượng và tìm ra các giải pháp nhằm tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng là vô

cùng quan trọng và cấp thiết.3

Đề tài tốt nghiệp của em có tên là: “Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển cân

băng định lượng cấp liệu cho máy nghiền”

Nội dung đồ án gồm các phần như sau:

- Công nghệ sản xuất xi măng và cân băng định lượng

- Nghiên cứu hệ thống điều khiển tần số động cơ không đồng bộ

- Xây dưng cấu hình hệ thống điều khiển

- Xây dưng tổng hợp hệ thống điều khiển

- Mô phỏng hệ thống

Sau khoảng thời gian 11 tuần được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS

Nguyễn Mạnh Tiến và các thầy cô trong bộ môn Tự động hoá, và tìm hiểu cùng các bạn

trong nhóm của em, đồ án của em đã hoàn thiện Do thời gian làm đồ án ngắn và khả

năng còn hạn chế, chắc chắn đồ án của em còn nhiều thiếu sót Em rất mong nhận được

nhiều ý kiến đóng góp, bổ sung từ phía các thầy cô giáo, các bạn và những người quan

tâm đến đề tài này

Hà nội, ngày 06 tháng 6 năm 2013

Sinh viên thực hiện

Phí Mạnh Thắng

Công nghệ sản xuất xi măng và hệ thống cân băng định lượng

Chương 1 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XI MĂNG VÀ HỆ THỐNG

CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG

1.1 Tổng quan về công nghệ sản xuất xi măng

1.1.1 Khái niệm về xi măng

Xi măng là chất kết dính thủy lực cứng trong nước và không khí, được tạo bởi việc nghiền chung clinker với thạch cao và một số phụ gia khác Clinker là thành phần quan trọng nhất của xi măng, quyết định tính chất của xi măng

Clinker là sản phẩm nung kết phối hợp nguyên liệu đá vôi, đá sét và một số nguyên liệu khác như cát thạch anh, sỉ sắt Hỗn hợp trên được nghiền thật mịn, đồng nhất và được nung ở nhiệt độ cao Sau quá trình hóa học xảy ra ở nhiệt độ cao, đến 1300oC xuất hiện một phần chất nóng chảy và bắt đầu kết khối Ở nhiệt độ 1400÷1450OC clinker được hình thành, tức hoàn thành tạo các khoáng chính của clinker

a Phân loại theo loại và thành phần Clinker

- Xi măng trên cơ sở Clinker xi măng Pooclăng bao gồm xi măng Pooclăng không

có phụ gia khoáng và loại xi măng Pooclăng có phụ gia khoáng

- Xi măng trên cơ sở Clinker xi măng alumin bao gồm loại xi măng alumin có hàm lượng Al2O3 lớn hơn 30% và nhỏ hơn 46%, loại xi măng cao alumin có hàm lượng Al2O3

từ 46% đến 70%, loại xi măng đặc biệt cao alumin có hàm lượng Al2O3 lớn hơn 70%

- Xi măng trên cơ sở Clinker xi măng Canxi Sunfo Aluminat gồm loại xi măng nở (EC), loại xi măng dự án lực (PSC)

Công nghệ sản xuất xi măng và hệ thống cân băng định lượng

- Các loại xi măng khác bao gồm loại xi măng chịu axit (ARC) và loại xi măng cản xạ (RSC)

b Phân loại theo mác xi măng có ba loại bao gồm

- Mác thấp: độ bền tiêu chuẩn nhỏ hớn 25 Mpa/ cm2

- Mác thường: độ bền tiêu chuẩn trong khoảng 25 – 45 Mpa/ cm2

- Mác cao: độ bền tiêu chuẩn lớn hơn 45 Mpa/ cm2

- Mác xi măng là cường độ chịu nén của xi măng Khi đem vữa xi măng, cát, nước trộn theo tỷ lệ tiêu chuẩn Đúc mẫu 40x40x160 cm, dưỡng ẩm trong vòng 28 ngày đem thử cường độ, cường độ của mẫu đo được chính là mác xi mang Ví dụ PCB 30 là xi măng pooclăng hỗn hợp có mác là 30 daN/cm2 bằng với 300KG/cm2

- Xi măng PCB là xi măng Pooclăng hỗn hợp được sản xuất từ việc nghiền hỗn hợp clinker, thạch cao và phụ gia (lượng phụ gia kể cả thạch cao không quá 40% trong đó phụ gia đầy không quá 20%) Chất lượng xi măng Pooclăng hỗn hợp được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 6260 : 1997

c Phân loại theo tốc độ đóng rắn bao gồm

- Loại đóng rắn bình thường: cường độ nén của mẫu chuẩn xi măng ở tuổi 3 ngày từ 40% đến 70% cường độ nén sau 28 ngày

- Loại đóng rắn nhanh: cường độ nén sau 3 ngày đêm đạt được trên 70% cường độ nén sau 28 ngày đêm

- Loại đóng rắn rất nhanh: cường độ nén sau 6 giờ đạt được trên 70% cường độ nén sau 28 ngày đêm

- Loại đóng rắn chậm: cường độ nén của mẫu chuẩn xi măng ở tuổi 3 ngày nhỏ hơn

40% cường độ nén sau 28 ngày

d Phân loại theo thời gian đông kết bao gồm

- Đông kết chậm: thời gian bắt đầu đông kết quy định trên 2 giờ

- Đông kết bình thường: thời gian bắt đầu đông kết quy định từ 45 phút đến 2 giờ

- Đông kết nhanh: khi thời gian bắt đầu đông kết quy định dưới 45 phút

Công nghệ sản xuất xi măng và hệ thống cân băng định lượng

1.1.3 Các công đoạn chính của quá trình sản xuất xi măng

Công nghệ sản xuất xi măng nói chung gồm các bước sau:

- Chuẩn bị nguyên vật liệu

- Nghiền liệu

- Nung luyện Clinker

- Nghiền xi măng

- Đóng bao và xuất hàng

a Chuẩn bị nguyên liệu

Các nguyên vật liệu chính để sản xuất ra xi măng như đá vôi, đá sét, quặng sắt, than,… được khai thác từ mỏ hoặc được nhập từ nhiều nơi đưa về nhà máy bằng nhiều phương tiện khác nhau Khi đưa về nhà máy, các nguyên vật liệu này phần lớn có kích thước hạt lớn nhỏ khác nhau, không thuận tiện cho việc nghiền, sấy, vận chuyển và lưu

trữ

Do vậy, trước tiên các nguyên vật liệu này sẽ được đưa qua máy nghiền sơ bộ để đập nhỏ (với đá vôi) hoặc qua máy cán (với đất sét) Vật liệu sau khi được đập nhỏ và các hạt có độ đồng đều do vậy giảm được hiện tượng phân ly của độ hạt khác nhau trong quá trình vận chuyển và tồn trữ, có lợi trong quá trình phối liệu tạo thành phần liệu sống được chính xác

b Nghiền nguyên liệu

Các nguyên liệu được dùng để sản xuất Clinker sẽ được hệ thống điều khiển phối hợp theo tỷ lệ định trước bằng hệ thống cân băng định lượng rồi được đưa tới máy nghiền Tại máy nghiền, các nguyên liệu này sẽ được nghiền nhỏ thành bột liệu mịn và được sấy để giảm bớt độ ẩm Sau đó, bột liệu theo dòng khí sẽ được lắng đọng ở các cyclon và được chứa vào Silo đồng nhất liệu trước khi đưa tới hệ thống nung luyện

Clinker

c Nung luyện Clinker

Để tăng năng suất cũng như giảm tiêu hao năng lượng trong quá trình nung luyện Clinker, bột liệu sống được đưa qua một hệ thống tiền sấy để nâng dần nhiệt độ trước khi đưa vào lò nung Hệ thống tiền sấy này bao gồm nhiều cyclon ở nhiều tầng khác nhau lợi dụng khí thải đầu ra của lò nung để sấy và đồng nhất bột liệu sống thêm một lần nữa

Công nghệ sản xuất xi măng và hệ thống cân băng định lượng

Trong lò, bột liệu được nung lên tới nhiệt độ khoảng 1500oC, các phản ứng hóa học xảy

ra và bột liệu bị chuyển thành Clinker ở pha lỏng Sau khi nung thành Clinker phải tiến hành làm nguội thu hồi nhiệt dư của Clinker phục vụ mục đích khác, nâng cao hiệu suất nhiệt của hệ thống lò nung, giảm nhiệt độ Clinker thuận tiện cho việc tồn trữ, vận hành và nghiền Clinker Những hạt Clinker to quá sẽ được đập nhỏ tiếp sau Cuối công đoạn này, Clinker được đưa vào Silo chứa

mịn, được phân ly và nghiền lại nếu chưa đạt yêu cầu

e Đóng bao và xuất hàng

Sau khi được nghiền xong, xi măng được chứa vào silo chứa và được được tháo dần xuống dây chuyền đóng bao và xuất hàng Có hai kiểu xuất xi măng là xuất xi măng bao

và xuất xi măng rời

Tại đây, qua hệ thống các máy đóng bao, xi măng được đóng thành từng bao với khối lượng định trước theo tiêu chuẩn Sau khi đóng bao xong, xi măng sẽ theo các băng tải xuất hàng tới các phương tiện vận chuyển khác nhau như ô tô, tàu hỏa, tàu thủy để mang đi tiêu thụ

Công nghệ sản xuất xi măng và hệ thống cân băng định lượng

1.2 Hệ thống cân băng định lượng

Hình 1.1 Cấu trúc điều khiển một trạm cân băng tải

- Thiết bị sử dụng cho hệ thống:

+ Cảm biến trọng lượng, cảm biến đo tốc độ

+ Đầu cân tích hợp tính lưu lượng băng cân

+ Độ điều khiển băng cân theo công suất đặt trước

+ Bộ biến tần điều khiển động cơ băng tải

+ Hệ thống cơ khí băng cân

+ Máy tính, máy in giám sát, điều khiển, in ấn báo cáo theo ngày, theo tháng

- Số lượng thành phần cân: Theo nhu cầu sử dụng của khách hàng, số lượng thành phần có thể là 2,3,4 …12 thành phần

Cấu trúc điều khiển được thực hiên trên cơ sở máy tính giám sát làm nghiệm vụ quản lý dữ liệu tập trung Các thông số của quá trình sản xuất được truyền từ các bộ các

bộ điều khiển tới máy tính thông qua mạng truyền thông công nghiệp theo chuẩn RS485 Chuẩn truyền thông này đảm bảo về khả năng truyền dữ liệu tốc độ cao, và tính bền vững của dữ liệu

Công nghệ sản xuất xi măng và hệ thống cân băng định lượng

Các bộ điều khiển làm nghiệm vụ điều khiển đảm bảo giữ cho lưu lượng không đổi thông qua việc điều khiển tốc độ động cơ

Các bộ biến tần nhận lệnh từ các bộ điều khiển để điều chỉnh và duy trì tốc độ ổn định của băng tải

1.2.1 Khái niệm về cân băng định lượng

Cân bằng định lượng là bao gồm các thiết bị ghép nối với nhau mà thành, cân băng định lượng của nhà máy sản xuất xi măng là cân định lượng băng tải, được dùng cho hệ thống cân liên tục (liên tục theo chế độ dài hạn lặp lại) Thực hiện việc phối liệu một cách liên tục theo tỷ lệ yêu cầu công nghệ đặt ra

Trong các nhà máy sản xuất công nghiệp, các dây chuyền sản xuất xi măng, hệ thống cân băng định lượng còn đáp ứng sự ổn định về lưu lượng liệu và điều khiển lượng liệu cho phù hợp với yêu cấu, chính vì nó đóng một vai trò rất quan trọng trong việc điều phối và hoạch định sản xuất, do đó nó quyết định vào chất lượng sản phẩm, góp phần vào

sự thành công của công ty

Cân băng định lượng trong nhà máy sản xuất xi măng là cân băng tải, nó là thiết bị cung cấp kiểu trọng lượng vật liệu được chuyên trở trên băng tải mà tốc độ của nó được điều chỉnh để nhận được lưu lượng vật liệu ứng với giá trị do người vận hành đặt trước

1.2.2 Nguyên lý cân băng định lượng

Hình 1.2 Sơ đồ khối hệ điều khiển cân băng định lượng

Công nghệ sản xuất xi măng và hệ thống cân băng định lượng

Cầu cân về cơ bản bao gồm : Một cảm biến trọng lượng (LoadCell) gắn trên giá mang nhiều con lăn Trọng lượng của vật liệu trên băng được bốn cảm biến trọng lượng (LoadCell) chuyển đổi thành tín hiệu điện đưa về bộ xử lý để tính toán lưu lượng

Động cơ truyền động băng tải của cân băng là động cơ không đồng bộ ba pha rô to lồng sóc, tốc độ của động cơ đo được nhờ sensor đo tốc độ (Encoder) Số xung phát ra từ Encoder tỷ lệ với tốc độ động cơ và được đưa về bộ điều khiển

Hộp số hay còn gọi là hộp giảm tốc là cơ cấu truyền động bằng ăn khớp trực tiếp

có tỷ số truyền không đổi và được dùng để giảm vận tốc, tăng momen xoắn đồng thời truyền công suất từ động cơ đến máy công tác

Bộ cảm biến trọng lượng (LoadCell) biến đổi trọng lượng nhận được trên băng thành tín hiệu điện đưa về bộ khuyếch đại

1.2.3 Vị trí đặt cân băng định lượng

Trong các quá trình trên ta thấy quá trình nghiền liệu và quá trình nghiền xi măng, những thành phần đưa vào nghiền phải đảm bảo đúng tỷ lệ, vì những thành phần này quyết

định đến chất lượng của xi măng Do đó, việc điều chỉnh lưu lượng của từng thành phần nguyên liệu trong quá trình này sao cho đúng bằng lưu lượng đặt là rất quan trọng

Trong đồ án này chúng em thiết kế hệ thống cân băng định lượng cấp liệu cho công đoạn nghiền liệu đá vôi

1.2.4 Nguyên lý tính lưu lượng của cân băng định lượng

1.2.4.1 Công thức tính lưu lượng

Để xác định lưu lượng vật liệu chuyển tới nơi đổ liệu thì phải xác định đồng thời vận tốc của băng tải và trọng lượng của vật liệu trên 1 đơn vị chiều dài Trong đó tốc độ của băng tải được đo bằng cảm biến tốc độ có liên hệ động học với động cơ

Lưu lương được xác định theo biểu thức: Q = m.V

L

1.2.4.2 Nguyên lý của quá trình trừ bì

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 )

Công nghệ sản xuất xi măng và hệ thống cân băng định lượng

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

1.2.5.Tế bào cân đo trọng lượng Tenzomet

Hình 1.3: Sơ đồ cầu tế bào cân Tenzomet

Nguyên lý tế bào cân Tenzomet dựa theo nguyên lý cầu điện trở như hình 1.3, trong đó giá trị điện trở của các nhánh cầu thay đổi bởi ngoại lực tác động lên cầu Do đó nếu có một nguồn cung cấp không đổi (UN=const) thì hai đường chéo kia của cầu ta thu được tín hiệu thay đổi theo tải trọng đặt lên cầu Khi cầu cân bằng thì điện áp ra Ur =0 Khi cầu điện trở thay đổi với giá trị ΔR thì điện áp ra sẽ thay đổi, lúc này điện áp ra được tính theo công thức

Công nghệ sản xuất xi măng và hệ thống cân băng định lượng

Ur - điện áp ra của đầu đo

ΔR - lượng điện trở thay đổi bởi lực kéo trên đầu đo

R - giá trị điện trở ban đầu của mỗi nhánh cầu với R tỷ lệ với khối lượng vật liệu trên băng cân thì thấy tín hiệu Ur là khuyếch đại nên sau đó gửi tín hiệu

này qua biến đổi A/D vào bộ điều khiển để xử lý

Giả sử cấp cho đầu vào cầu cân một điện áp là UN=10v, với điện áp ngõ ra là 2mV/V thì với tải max ta sẽ đo được điện áp ở ngõ ra là 20mV

Bảng 1.1.Thống kê một số tế bào cân Tenzomet

1.2.6 Các sai số trong hệ thống cân băng và cách hiệu chỉnh

Do đặc điểm đo lường và điều khiển cân băng diễn ra trong khi nguyên vật liệu vẫn được vận chuyển liên tục và cũng do nhiều nguyên nhân có thể gây ra sai số như:

Do trọng lượng của riêng phần băng tải khi chuyển động ảnh hưởng đến kết quả đo của loadcell

Do sức căng băng không đủ, gây sai số cho kết quả đo

Do độ trượt băng cao su với Puli đầu trục, gây ảnh hưởng tới kết quả đo tốc độ băng tải

Do vận tốc vận chuyển có giới hạn nên gây ra độ trễ của kết quả đo so với giá trị thực tế

Trước khi vận hành cân băng có các thủ tục quan trọng sau cần thực hiện để đảm bảo cho cân băng hoạt động chính xác

Hệ thống điều khiển tần số động cơ không đồng bộ

Chương 2

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TẦN SỐ ĐỘNG CƠ KHÔNG

ĐỒNG BỘ

2.1 Hệ thống truyền động động cơ không đồng bộ

2.1.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của động cơ điện không đồng bộ xoay chiều 3 pha

Hình 2.1 Cấu tạo động cơ không đồng bộ 3 pha rotor dây quấn

- Động cơ điện không đồng bộ (KĐB) được sử dụng rất rộng rãi trong thực tế sản xuất

+ Ưu điểm nổi bật của nó là cấu tạo đơn giản, đặc biệt là động cơ rotor lồng sóc;

so với động cơ một chiều, động cơ không đồng bộ có giá thành hạ, vận hành tin cậy, chắc chắn, có kích thước và trọng lượng nhỏ hơn khi cùng công suất định mức với động cơ một chiều Ngoài ra nó có thể dùng trực tiếp lưới điện xoay chiều ba pha nên không cần

phải trang bị các bộ biến đổi tốn kém kèm theo

+ Nhược điểm của động cơ không đồng bộ là điều chỉnh tốc độ và khống chế quá trình quá độ khó khăn; đối với động cơ rotor lồng sóc có các chỉ tiêu khởi động xấu hơn

so với động cơ một chiều như dòng khởi động lớn, momen khởi động nhỏ

Hệ thống điều khiển tần số động cơ không đồng bộ

Dây quấn stato 3 pha được cấp từ dòng điện xoay chiều 3 pha sẽ tạo ra trong động

cơ từ trường quay có tốc độ :

v Rôto dây quấn, dây quấn như stato, nối ra ngoài thông qua các vành trượt

v Rôto lồng sóc : Cấu tạo như cái lồng : gồm các thanh nhôm

Dưới tác dụng của từ trường quay ,trong roto cảm ứng có một suất điện động , do

roto nối ngắn mạch, có dòng điện, tác dụng của từ trường quay lên roto có dòng điện tạo

thành momen làm quay roto, tốc độ roto được xác định theo:

ëê

êé

ûú

úùè

2 + ( X1s + X’2)

2 (2.1)

Đặc tính động cơ có một điểm cực trị: Mth và sth

Mômen tới hạn:Mth= 3.U1

22w1.(R1 + R12 + Xn2) (2.2)

Độ trượt tới hạn: Sth = R’2 + R’f

R12 + Xn2 (2.3) Đặc tính động cơ như hình 2.3

Hình 2.2 Đặc tính động cơ

Hệ thống điều khiển tần số động cơ không đồng bộ

2.1.3 Điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ

Các phương pháp điều chỉnh tốc độ được sử dụng trong thực tế:

v Điều chỉnh điệp áp stato

v Điều chỉnh điện trở phụ roto

w = w1(1- s) sẽ thay đổi Khi điều chỉnh tần số, điện áp phải thay đổi theo để đảm bảo chỉ

tiêu năng lượng cao và động cơ không bị bão hòa từ

Quan hệ U1 (f) gọi là qui luật điều khiển tần số Trong thực tế hai qui luật điều

khiển tần số được sử dụng rộng rãi là : Qui luật điều khiển tần số cơ bản và luật điều kiển

từ thông khe hở không đổi

2.2.2 Qui luật điều khiển tần số cơ bản

Nội dung: Điều khiển điện áp và tần số đảm bảo khả năng quá tải không đổi với mọi

tần số khác nhau : l = Mth

MCBiểu thức của qui luật tần số cơ bản có dạng tổng quát khi coi điện trở stato bằng

Hệ thống điều khiển tần số động cơ không đồng bộ

Hình 2.3 Đặc tính động cơ với luật điều khiển U/f = const, khi R1 ≠ 0

Tuy nhiên trong thực tế R1 khác 0 nên khả năng quá tải sẽ giảm khi tần số giảm thể

hiện thông qua sự giảm của mô men tới hạn khi tần số giảm

Mth = 3p

4p

èççæ

÷ö

R1f

2 + 4p2Ln2

èç

æø

÷ö

U1f

2 (2.4)

Ở vùng tần số cao (xung quanh tần số định mức ), momen tới hạn có trị số gần như không phụ thuộc tần số nếu tỉ số R1

Hệ thống điều khiển tần số động cơ không đồng bộ

Vì vậy trong ứng dụng thực tế, tỉ lệ điện áp - tần số thường được tăng lên ở vùng tần số thấp để bù lại sụt áp trên điện trở stato Trên hình 2.5 là các dạng đặc tính điện áp – tần số có hiệu chỉnh điện áp

Hình 2.4 đặc tính U(f) lý tưởng và thực tế

Trị số U0 và k được chọn để điện áp sato có trị số cần thiết ở tần số bằng không và trị số định mức ở tần số định mức Với phụ tải động cơ yêu cầu momen khởi động lớn, điện áp Uo được điều chỉnh để dòng điện động cơ lớn ở tần số zero (thời điểm đầu tiền của quá trình khởi động) Nhưng trị số Uo lớn có thể làm động cơ quá nhiệt nếu động cơ thường xuyên làm việc ở tốc độ thấp do mức độ làm mát của động cơ tự làm mát giảm đáng kể Với phụ tải quạt gió, momen động cơ có tốc độ thấp rất nhỏ, tỉ số điện áp - tần

số có thể giảm nhỏ đến mức độ phát nóng của động cơ bé nhất.Trong các hệ thống truyền động điện khác, mức độ

tăng điện áp ở tấn số thấp có thể chỉnh định phù hợp với đặc tính phụ tải

2.3 Bộ biến đổi tần số

Để cung cấp cấp cho động cơ nguồn điện có điện áp và tần số thay đổi cần có một

bộ biến đổi tấn số, gọi tắt là bộ biến tần (BBT), sơ đồ khối mạch lực của hệ truyền động

BBT – ĐK như hình 2.9 BBT có khâu trung gian một chiều gồm 3 khâu là Chỉnh lưu (CL), Lọc và Nghịch Lưu (NL).Điện áp xoay chiều tần số công nghiệp (50Hz ) được chỉnh lưu thành nguồn một chiều nhờ bộ chỉnh lưu (CL) không điều khiển hoặc bộ chỉnh lưu điều khiển , sau đó được lọc và bộ nghịch lưu (NL) sẽ biến đổi thành nguồn điện áo xoay chiều ba pha có tần số biến đổi cung cấp cho động cơ

Hệ thống điều khiển tần số động cơ không đồng bộ

Hình 2.5 sơ đồ khối bộ biến tần gián tiếp

Bộ biến tần phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

v Có khả năng điều chỉnh điện áp theo tần số để duy trì từ thông khe hở không đổi Trong vùng điều chỉnh momen không đổi

v Có khả năng cung cấp dòng điện định mức ở mọi tần số

v Có khả năng điều chỉnh tần số theo giá trị tốc độ đặt mong muốn

Bộ biến tần bán dẫn hiện này được sử dụng trong thực tế gồm hai loại

1 Bộ biến tần với nghịch lưu nguồn áp điều biến độ rộng xung với bộ chỉnh lưu dùng điot

2 Bộ biến tần nghịch lưu nguồn áp dạng xung vuông và bộ chỉnh lưu điều khiển

Ở đề tài này sẽ nghiên cứu bộ biến tần với nghịch lưu nguồn áp điều biến độ rộng xung với bộ chỉnh lưu dùng điot

2.4 Bộ biến tần dang điều chế độ rông xung PWM

Phương pháp PWM thông thường được gọi là điều chế dựa trên cơ sở sóng mang

Các sóng mang này thường là sóng sin tam giác (có tần số fx), được so sánh với điện áp điều khiển (có tần số bằng tần số điện áp mong muốn) để sinh ra các xung âm và dương

có tần số và bề rộng có thể thay đổi được Tần số của sóng mang bằng tần số chuyển mạch của nghịch lưu, thường chúng được giữ cố định Khi tăng số xung trong một nửa chu kỳ có thể làm giảm tần số của sóng sin đầu ra, tăng bề rộng xung có thể làm tăng biên độ của sóng sin

Dựa vào dạng sóng mang có thể có phân thành điều chế:

v Điều chế một cực tính

v Điều chế hai cực tính

Xung hai cực tính (hình 2.6a) được tạo ra bằng cách so sánh điện áp răng cưa u(t) với điện áp chủ đạo e(t) có dạng hình sin Xung răng cưa là xung có 2 cực tính trong cả chu kỳ điều biến, do đó điện áp ra của nghịch lưu u(t) sẽ là xung hai cực tính có độ rộng thay đổi theo quy luật hình sin: Δt = KsinΩt

Hệ thống điều khiển tần số động cơ không đồng bộ

Hệ thống điều khiển tần số động cơ không đồng bộ

v Hệ số điều biến biên độ:

ma = udkm/uxmVới: udkm là biên độ của tín hiệu điều khiển

uxm : Biên độ của tín hiệu xung tam giác

v Hệ số điều biến tần số:

mf = fx/fdk Với fx : Tần số tín hiệu sóng mang

fdk : Tần số tín hiệu điều khiển, cũng là tần số điện áp mong muốn

Sơ đồ nguyên lý bộ nghịch lưu 3 pha được trình bày trên hình 2.9 Phương pháp điều biến độ rộng xung cho phép định hình và điều khiển cả biên độ và tần số điện áp tải khi nghịch lưu được cấp từ một điện áp một chiều Ud không đổi Để nhận được điệp áp đối xứng ba pha , các điện áp điều khiển hình sin đối xứng ba pha lệch nhau 1200

được so

sánh với cùng một điện áp răng cưa tần số cao (thông thường lớn hơn 1- 2 KHz)

Nguyên lý điều khiển nghịch lưu ba pha được biểu diễn trên hình 2.7 (với mf = 15) Các phần tử chuyển mạch được điều khiển theo phương pháp điều biến điện áp đơn

cực

Hình 2.7 Sơ đồ nghịch lưu ba pha

Nguyên lý hoạt động của mạch nghịch lưu ba pha :

Các tín hiệu xung điều khiển TA+ và TA- được tạo ra bằng so sánh hai tín hiệu điện áp răng cưa urcvà uđk tạo ra các xung điều khiển phần tử chuyển mạch của vế A (TA+,TA-): Khi uđk> urc: TA+: đóng uAN = Ud

Khi uđk< urc: TA-đóng uAN= 0

Hệ thống điều khiển tần số động cơ không đồng bộ

Với uAN là điện áp giữa điểm A và cực âm (N) của nguồn một chiều

Tương tự các xung điều khiển tạo ra bằng so sánh (uđk) và urc sẽ điều khiển các phần tử chuyển mạch của vế B (TB+, TB-) và C (TC+ ,TC-)

Khi (-uđk)>urc: TB+ : đóng uBN = Ud

Do có các điốt nối song song ngược với các phần tử chuyển mạch nên khi các phần

tử chuyển mạch (TA+, TB+, TC+) hoặc (TA-, TB-, TC-) đóng, dòng điện sẽ chạy qua các phần tử chuyển mạch và các điốt ngược tùy thuộc vào chiều dòng i0, điện áp đầu ra bằng không Hình 2.9 là sơ đồ dẫn dòng (TA+, TB+) cùng các điôt ngược (ĐA+, ĐA-) phụ thuộc vào chiều dòng điện tải trong khoảng thời gian trước đó

Hệ thống điều khiển tần số động cơ không đồng bộ

Xây dựng cấu hình hệ thống điều khiển lưu lượng

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG CẤU HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LƯU

LƯỢNG

3.1 Cấu hình hệ thống điều khiển của cân băng định lượng

Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển lưu lượng cân băng định lượng

Sơ đồ khối hệ thống điều khiển lưu lượng cân băng định lượng được trình bày ở hình 3.1 Băng tải: Khối lượng liệu trên băng tải được phản ánh thông qua loadcell đặt dưới băng Nó đưa tín hiệu đo được về bộ diều khiển để tín toán sao cho phù hợp với yêu cầu đặt ra

Bộ nhân: Đo lưu lượng của băng tải được tính dựa trên tích số giữa khối lượng và tốc độ động cơ, nên tín hiệu đưa vào bộ nhân là tốc độ của động cơ và tín hiệu khối lượng của loadcell

Để điều chỉnh lưu lượng đổ xuống băng tải ta điều chỉnh bằng cách thay đổi các thông số cho bộ điều khiển Điểu chỉnh tốc độ động cơ và điều chỉnh khối lượng trên băng tải Do khối lượng trên băng tải rất ít khi thay đổi nên ta điều chỉnh tốc độ động cơ

là chính

§ Nếu lưu lượng trên băng tải lớn hơn lưu lương đặt thì bộ điều chỉnh phải điều chỉnh tần số giảm xuống sao cho tốc độ băng tải giảm xuống để bằng lượng đặt

Xây dựng cấu hình hệ thống điều khiển lưu lượng

§ Nếu lưu lượng trên băng tải nhỏ hơn lưu lượng thì bộ điều chỉnh phải điều chỉnh tần số f tăng lên sao cho tốc độ động cơ tăng lên để lưu lượng tải bằng lượng đặt yêu cầu

Bộ điều khiển RQ: Có tác dụng điều chỉnh thông số đầu ra là lưu lượng của cân băng sao cho bằng lượng đặt yêu cầu Nếu lưu lượng đầu ra nhỏ hơn hay lớn hơn lượng đặt thì

bộ điều khiển sẽ thay đổi tần số cho phù hợp Ở đây dùng mạch phản hồi âm đưa tín hiệu

về bộ điều khiển RQ để tín toán lưu lượng so sánh với lượng đặt yêu cầu để từ đó đưa ra tín hiệu điều khiển phù hợp

Động cơ không đồng bộ: Là động cơ kéo băng tải hoạt động Được điều khiển tốc

độ thông qua bộ biến tần

Bộ biến tần: Sử dụng luật điều chế độ rộng xung PWM để tạo ra tần số và điện áp mong muốn để điều chỉnh tốc độ động cơ Mục đích của việc điều chỉnh tốc độ động cơ

là điều chỉnh lưu lượng trên băng tải sao cho phù hợp với lượng đặt yêu cầu Có tác dụng biến tần số từ tần số công nghiệp thành tần số mong muốn để phù hợp với tốc độ của động cơ Do luật điều khiển là U/f nên khi giảm tần số xuống dưới tần số công nghiệp, thì

ta phải giảm điện áp xuống sao cho đảm bảo đúng luật điều khiển U/f = const Khi tần số giảm xuống thấp quá khoảng dưới 10Hz ta phải tiến hành bù điện áp, do momen tới hạn giảm khi tần số giảm

3.2 Các thông số của cân băng định lượng

3.2.1 Các thông số của băng tải

Thông số băng tải cho ở bảng 3.1

Bảng 3.1 Thông số băng tải

Xây dựng cấu hình hệ thống điều khiển lưu lượng

3.2.2.Các thông số cơ cấu chấp hành

Thông số cơ cấu chấp hành cho ở bảng 3.2

Bảng 3.2 Thông số cơ cấu chấp hành

Tốc độ động cơ khi lưu lượng định mức 2200 vòng/phút

3.3 Chọn thiết bị cho hệ thống điều khiển cân băng

3.3.1 Chọn động cơ

Dựa trên các thông số hệ thống cân băng ở ( bảng 3.1 và bảng 3.2 ) lựa chọn động

cơ có các thông số kỹ thuật cho ở bảng 3.3