Nghiên cứu hệ thống cân băng định lượng trong nhà máy sản xuất xi măng lũ đứng

Với bất kỳ một nhà máy xi măng nào, nhất là đối với những nhà máy có mức độ tự động hoá cao thì việc cân băng định lượng dùng giám sát, điều khiển các thành phầnphối liệu là vô cùng quan

LỜI NÓI ĐẦU

Trong công cuộc phát triển xây dựng cơ sở hạ tầng và xây dựng dân dụng tănglên nhanh chóng trên thế giới nói chung Đặc biệt là sự bùng nổ về đầu tư phát triểncông nghiệp xi măng ở các nước đang phát triển, trong đó phải kể đến là Việt Nam Đểđáp ứng yêu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng về chất lượng giá cả sự cạnh tranhtrên thị trường, cho nên việc đầu tư cải tiến công nghệ ở các công ty xí nghiệp đang làmột giải pháp tốt cho việc cạnh tranh về giá cả và chất lượng Ở nước ta nền kinh tế vàkhoa học kỹ thuật đang trên đà phát triển, phù hợp với sự phát triển chung ở khu vực,với chính sách mở cửa của Đảng và Nhà nước ta Ở nước ta đang thu hút vốn đầu tư củanước ngoài ngày càng nhiều, trong đó phải kể đến việc đầu tư vào công nghệ sản xuất ximăng trong những năm gần đây

Với bất kỳ một nhà máy xi măng nào, nhất là đối với những nhà máy có mức độ

tự động hoá cao thì việc cân băng định lượng dùng giám sát, điều khiển các thành phầnphối liệu là vô cùng quan trọng, nó là một trong những yếu tố quyết định đến năng suấtcủa cả dây truyền và tỷ lệ các thành phần phối liệu nó ảnh hưởng trực tiếp đến chấtlượng xi măng sản xuất ra

Do đặc điểm công nghệ sản xuất xi măng có nhiều công đoạn và hầu hết là cầnđến hệ thống cân băng định lượng từ khâu nghiền liệu đến khâu nghiền xi măng

Với nhiệm vụ đặt ra cho cân băng định lượng là thoả mãn những nhu cầu từ thực

tế sản xuất, phải đảm bảo đủ lượng liệu cần thiết cho công đoạn tiếp theo về khối lượng

tỷ lệ các thành phần phối liệu và tốc độ cấp liệu cho từng thời điểm

Với đề tăi “Nghiín cứu hệ thống cđn băng định lượng trong nhă mây sản xuất

xi măng lò đứng” Cụ thể lă nhă mây sản xuất xi măng thuộc công ty xi măng Tiín Sơn

– Hă Tđy

Bản đồ ân năy được trình băy chi tiết như sau:

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CÔNG TY XI MĂNG TIÍN SƠN – HĂ TĐY.

CHƯƠNG 2 : MÔ TẢ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CĐN BĂNG PHỐI LIỆU.

CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÂN LỰA CHỌN HỆ THỐNG TĐĐ CHO CĐN CẤP THAN

CHƯƠNG 4 : GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC

CHƯƠNG 5 : THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN, MÔ HÌNH CÂN BĂNG ỨNG DỤNG

CHƯƠNG 6 : MÔ PHỎNG ĐÂNH GIÂ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG

Phạm vi đề cập của bản đồ ân năy lă thiết kế hệ thống cđn băng định lượng trongnhă mây sản xuất xi măng Bản đồ ân năy được thực hiện với sự giúp đỡ, chỉ bảo tận

tình của thầy giâo Nguyễn Mạnh Tiến về lý thuyết và thầy Tạ tất Thắng về

phần thực hành thiết kế lắp đặt mô hình, cùng câc kỹ sư tại nhă mây xi măngTiín Sơn – Hă Tđy Nội dung của bản đồ ân năy chắc chắn còn nhiều thiếu sót, em rấtmong được tiếp thu những ý kiến đóng góp bổ sung của câc thầy cô giâo để bản đồ âncủa em được hoăn chỉnh hơn

Xin chđn thănh cảm ơn!

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ CÔNG TY XI MĂNG TIÊN SƠN – HÀ TÂY

1.1 Giới thiệu sơ lược về công ty:

Công ty xi măng Tiên Sơn tiền thân là nhà máy vôi đá, năm 1995 được sự quantâm chỉ đạo của Đảng và Nhà nước, nhà máy đã đầu tư xây xựng một dây chuyền sảnxuất xi măng có công 25Tấn/h và đưa vào hoạt động từ năm 1996,thiết bị và dây chuyềncông nghệ ban đầu được nhập khẩu hoàn toàn của Trung Quốc,với tổng giá trị đầu tưban đầu là 39 tỷ đồng.Sau gần 10 năm hoạt đông sản xuất cho tới nay nhà máy đã cónhiều thay đổi sửa chữa nâng cấp thiết bị cũng như dây chuyền công nghệ,nhằm nângcao hiệu quả kinh tế trong quá trình sản xuất, đặc biệt là đã kết hợp cùng với trường ĐạiHọc Công Nghiệp Thái Nguyên để thiết kế cải tiến và thay thế một số thiết bị của dâychuyền cân băng định lượng

Với đội ngũ CBCNV giàu kinh nghiệm đã đưa nhà máy hoạt động ngày càng phát triển

đi lên,có hiệu quả kinh tế cao luôn đạt danh hiệu là đơn vị đi đầu cho ngành xi măngtrong khu vực.với cơ cấu sắp xếp tổ chức cán bộ hợp lý không những đã đưa nhà máyhoạt động có hiệu quả kinh tế cao mà còn xứng danh là đơn vị vững mạnh trong côngtác tổ chức công đoàn và đoàn TN của khu vực.Với địa hình nhà máy được xây dựngtrên vùng đất của xã Hồng Quang - huyện Ứng Hoà tĩnh Hà Tây,khu sản xuất đặt sát vớinúi thuận tiện cho việc khai thác đá nguyên liệu, văn phòng làm việc của công ty đượcxây dựng cách nhà máy sản xuất khoảng 500m,thuận tiện cho việc quản lý và theo dõi

đủ sản lượng để cung cấp cho thị trường tiêu thụ trong nước đặc biệt là thị trường trongtĩnh Hà Tây và một số tĩnh lân cận.

1.2 Tìm hiểu về tổ chức hoạt động của công ty :

Được biết công ty hoạt động sản xuất có hiệu quả, sản phẩm sản xuất ra đượcngười tiêu dùng ưa chuộng là nhờ có bộ máy lãnh đạo tốt, kết hợp với việc bố trí sắpxếp công việc hợp lý cho từng CBCNV Qua tìm hiểu được biết sơ đồ tổ chức của công

ty như sau : (Hình 1.1)

Hình 1.1 – Sơ đồ tổ chức công ty xi măng Tiên Sơn

1.3.Quy trình công nghệ sản xuất xi măng - Nhà máy xi măng Tiên Sơn:

Với thiết kế quy trình công nghệ gồm hai dây chuyền hoạt động song song vớinhau nhà máy đã sản xuất rất có hiệu quả, tránh được việc lãng phí thời gian và nguyênvật liệu trong quá trình sản xuất, kết hợp với việc cải tạo thay thế một số thiết bị trongdây chuyền, nên hiện nay nhà máy đã thuộc diện một trong những nhà máy sản xuất ximăng hiện đại của nước ta Đặc biệt là hệ thống cân băng định lượng, công ty đã kết hợpvới trường đại học công nghiệp - Thái Nguyên để cải tạo và thay thế hệ thống cân băngđịnh lượng, trước đây sử dụng theo nguyên lý cấp liệu rung, thay vào đó nay được lắpđặt hệ thống cân cấp liệu tự động điều khiển bằng biến tần, thiết bị hiện đại được môphỏng trên máy tính Dưới đây là sơ đồ khối dây chuyền sản xuất xi măng của nhà máy

xi măng Tiên Sơn–Hà Tây (Hình 1.2):

Giám Đốc Phụ trach chung

P.Giám Đốc

VTVT(QMR)

P.Giám Đốc Phụ trach SX

Đất,than quặng

Kiểm tra

Kiểm tra

Kiểm tra

Kiểm tra

Si lô 1,2 Máy hút bụi Si lô 3,4,5

A

GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC

H

2 0

Kiểm tra

H20

Nghiền liệu số 1 + 2 Máy hút bụi

Phân ly số 1 + 2

Hạt thô

Kiểm tra

Si lô 6,7,8 Máy hút bụi

Trộn ẩm 1+2

Vê viên 1+2

Kiểm tra

B

Si lô 9,10,11 Máy hút bụi Si lô 12,13

Nghiền xi số 3+4 Máy hút bụi

Hệ thống cân băng định lượng số 3+4

Hỡnh 1.2 – Sơ đồ khối dõy chuyền cụng nghệ sản xuất xi măng –Cty xi măng Tiờn Sơn

1.4 Thuyết minh sơ đồ cụng nghệ:

1.4.1 Công đoạn chuẩn bị nguyên liệu.

Nguyên liệu để sản xuất xi măng chủ yếu là đá vôi, ngoài ra còn có các loại phụgia khác nh than, đất, quặng sắt, thạch cao Với điều kiện thuận lợi là nguyên liệu ở gầnsát nhà máy, đá sau khi đợc khai thác đợc hệ thống các băng tải cao su vận chuyển vềnơi tập kết và đợc phân loại (đá vôi đen, đá vôi xanh), kiểm tra chất lợng Đá đạt chất l-ợng có kích thớc giới hạn là 350 mm

Đá đã đạt chất lợng đợc đa xuống các máng đá, từ các máng đá này, đợc các băngtải xích tấm đa đến các máy kẹp hàm đá để thực hiện công đoạn đập đá lần thứ nhất Saukhi qua các máy kẹp hàm này thì kích thớc đá đạt kích thớc giới hạn là 80 mm.

Sau khi qua công đoạn đập đá lần 1, đá đợc hệ thống băng tải cao su đa vào máy

đập búa để thực hiện công đoạn đập đá lần 2 Qua khỏi công đoạn này, đá nguyên liệu

đạt kích thớc 25 mm và đợc hệ thống gàu tải xúc lên đổ vào các xilo 1 và 2

Các loại phụ gia khác thì đợc đa từ các nơi về và tập kết ở kho chứa phụ gia quacông đoạn đập nhỏ, sấy, sàng phân loại để có đợc kích cỡ quy định tạo điều kiện chomáy nghiền đạt năng suất sau đó đợc đổ vào các xilo 3và 4

Riêng phụ gia đá thạch cao thì cũng nh đá nguyên liệu (đá vôi) đợc máy kẹp hàm

đập nhỏ rồi đợc gàu tải xúc lên chứa trong xilo 5

1.4.2 Công đoạn phối và nghiền nguyên liệu.

Đây là công đoạn quan trọng, quyết định chất lợng sản phẩm của công nghệ sảnxuất xi măng lò đứng Đảm nhận công đoạn quan trọng này chính là hệ thống cân băng

định lợng điều khiển bằng máy vi tính Hệ thống gồm 06 bộ cân băng đợc đặt dới đáycác xilo theo thứ tự từ cuối băng tải chính đến miệng máy nghiền là : Đá 1, đá 2, than,quặng sắt, thạch cao Nhiệm vụ chính của các cân băng đáp ứng sự ổn định về lu lợng và

điều khiển lợng nguyên liệu cấp này sao cho phù hợp với yêu cầu công nghệ đặt ra

Nguyên liệu từ đáy các xilo đợc trút lên mặt các băng tải cân băng qua hệ thốngcấp liệu Mỗi cân băng trong hệ thống nhận 1 nhiệm vụ khác nhau (vận chuyển cácnguyên liệu khác nhau với 1 lu lợng khác nhau) nhằm mục đích khống chế và điều chỉnh(tốc độ băng) sao cho lu lợng liệu nhận đợc ứng với giá trị đặt trớc theo yêu cầu côngnghệ sản xuất với sai số bé hơn hoặc bằng giá trị cho phép

Hệ thống 06 cân băng định lợng này đổ nguyên liệu lên 1 băng tải cao su và băngtải này có nhiệm vụ vận chuyển nguyên liệu (đã đợc phối) đổ vào máy ngiền bi thực hiệnnghiền thành bột liệu Các hạt bột liệu đạt tiêu chuẩn (về kích thớc) sẽ đợc hệ thống gàutải xúc lên đổ vào cá xilo chứa, các hạt cha đạt (có độ mịn > 10% trên sàng 4900lỗ/cm2 ) sẽ đợc máy phân ly đa trở lại vào đầu máy nghiền để nghiền lại

Tỷ lệ phối liệu theo định mức sau:

Đỏ2 : từ (32  40%))

liệu đợc cấp vào lò bằng cách rãi đều từng lớp một và đợc nung ở nhiệt độ 1500oc sau đó

đợc rút ra bằng hệ thống máy ghi xả Lúc này các viên liệu đã trở thành clinke và dínhvào nhau thành từng tảng có kích thớc khoảng 80  100 mm Hệ thống ghi xả sẽ xảclinke nóng lên băng tải xích tấm đặt ngay dới đáy lò và các tảng clinke đợc đa vào máykẹp hàm clinke để đập nhỏ Tuỳ theo chất lợng clinke tốt hay xấu mà đợc đa vào chứatrong các xilo riêng (Để sau này rút ra và phối với các lợng phụ gia khác nhau

1.4.4 Công đoạn nghiền clinke thành ximăng thành phẩm và đóng bao xi măng.

Clinke sau khi đợc các bộ phận chức năng kiểm tra chất lợng, clinke đợc hệ thốngcân băng định lợng phối cùng với các thành phần đá mỡ, thạch cao, đất pháp cổ, xỉ bôngtheo một tỷ lệ nhất định, sau đó đợc hệ thống băng tải cao su đa vào máy nghiền bi Sảnphẩm sau máy nghiền chính là xi măng thành phẩm Các hạt xi măng cha đạt (có độ mịn

> 10% trên sàng 4900 lỗ/cm2 ) sẽ đợc máy phân ly đa trở lại vào đầu máy nghiền đểnghiền lại Sản phẩm xi măng đạt chất lợng đợc đổ vào các xilo 14, 15, 16 Sau khi đểnguội thì đợc đa vào máy đóng bao, thành phẩm đợc đóng kho kết thúc quy trình sảnxuất

Trong cỏc nhà mỏy sản xuất cụng nghiệp, cỏc dõy chuyền sản xuất xi măng, hệthống cõn băng định lượng cũn đỏp ứng sự ổn định về lưu lượng liệu và điều khiểnlượng liệu cho phự hợp với yờu cấu, chớnh vỡ nú đúng một vai trũ rất quan trọng trongviệc điều phối và hoạch định sản xuất, do đú nú quyết định vào chất lượng sản phẩm,gúp phần vào sự thành cụng của cụng ty

Cõn băng định lượng trong nhà mỏy sản xuất xi măng là cõn băng tải, nú là thiết bịcung cấp kiểu trọng lượng vật liệu được chuyờn trở trờn băng tải mà tốc độ của nú đượcđiều chỉnh để nhận được lưu lượng vật liệu ứng với giỏ trị do người vận hành đặt trước

Hình 2.1: Sơ đồ cấu tạo cân băng định lượng.

Cấu tạo của cân băng định lượng gồm các phân sau:

1: Phễu cấp liệu2: Cảm biến trọng lượng (Load Cell)

Dây rung

Giao thức truyền tin nối tiếp

Hình 2.1: Sơ đồ tế bào cân số SFT

Đầu đo trọng lượng là nơi đặt tải cần đo, nó truyền lực tác động trực tiếp của tải lênmột đây dẫn đặt trong từ trường không đổi Nó làm thay đổi sức căng của dây dẫn nêndây dẫn bị dao động (bị rung) Sự dao động của dây dẫn trong từ trường sinh ra sức điệnđộng cảm ứng Sức điện động này có tác động chặt chẽ lên tải trọng đặt trên đầu đo Đầu cảm biến nhiệt độ xác định nhiệt độ của môi trường để thực hiện việc chỉnh định

vì các phần tử SFT phụ thuộc vào rất nhiều vòng nhiệt độ

Bộ chuyển đổi : Chuyển đổi các tín hiệu đo lường từ đầu đo thành dạng tín hiệu số

Bộ xử lý : Xử lý tất cả các tín hiệu thu được và các tín hiệu ra bên ngoài theo phươngthức truyền tin nối tiếp

Bảng thống kê một số loại tế bào

Năng lượng tiêu

thụ

ΔR

( 2.1) Ur=UN *

R

Trong đó: UN - điện áp nguồn cấp cho đầu đo

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 Ura là khuyếch đại nênsau 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 thì cứ 100kg vật liệu trên băngLoadCell sẽ chuyển thành 2mv/v tương ứng Lúc này, điện áp ra của cầu cân sẽ là

sẽ báo động

2.4 Nguyên lý tính lưu lượng của cân băng định lượng:

2.4.1 Nguyên lý tính lưu lượng:

Cân băng định lượng (cân băng tải) là thiết bị cung cấp liệu kiểu trọng lượng.Vậtliệu được chuyên trở trên băng tải, mà tốc độ của băng tải được điều chỉnh để nhận đượclưu lượng đặt trước khi có nhiều tác động liên hệ(liệu không xuống đều)

Cầu cân về cơ bản bao gồm : Một cảm biến trọng lượng (LoadCell) gắn trên giámang 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.

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

Tốc độ băng tải V (m/s) là tốc độ của vật liệu được truyền tải Tải của băng truyền

là trọng lượng vật liệu được truyền tải trên một đơn vị chiều dài

∂ (kg/m)

Cân băng tải có bộ phận đo trọng lượng để đo ∂ và bộ điều khiển để điều chỉnh tốc độbăng tải sao cho điểm đổ liệu, lưu lượng dòng chảy liệu bằng giá trị đặt do người vậnhành đặt trước

Bộ điều khiển đo tải trọng trên băng truyền và điều chỉnh tốc độ băng đảm bảo lưulượng không đổi ở điểm đổ liệu

Do đó lưu lượng có thể tính là:

(2.6) Q = L g

V Fc g

L

V Fc

*

* 2 2

*



2.4.2 Đo trọng lượng liệu trên băng tải:

Trọng lượng đo nhờ tín hiệu của LoadCell bao gồm trọng lượng của băng tải và trọnglượng 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 băngtải

* 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 vậnhành bình thường cân băng tải trọng lượng của mỗi vật liệu trên mỗi phân đoạn đượcxác định bằng cách lấy trọng lượng đo được trên đoạn đó trừ đi trọng lượng băng tảitương 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 trọnglượng 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

2.5 Khái quát về điều chỉnh cấp liệu cho cân băng:

Việc điều chỉnh cấp liệu cho băng cân định lượng chính là điều chỉnh lưu lượng liệucấp cho băng cân

*Thực hiện bằng 3 phương pháp:

- Phương pháp 1: Điều chỉnh cấp liệu kiểu trôi

Phương pháp này điều chỉnh cấp liệu bằng tín hiệu của sensơr cấp liệu kiểu trôi để điềukhiển 5 thiết bị cấp liệu

Vị trí của sensơr cấp liệu theo kiểu trôi được đặt ở phía cuối của ống liệu

- Phương pháp 2: Điều chỉnh cấp liệu liên tục

Phương pháp này điều chỉnh cấp liệu liên tục cho băng cân định lượng sử dụng bộđiều chỉnh PID để điều chỉnh cấp liệu (có thể là van cấp liệu hoặc van quay) để đảm bảocho lượng tải trên một đơn vị chiều dài băng tải là không đổi Bộ PID có tác dụng điềuchỉnh nếu lưu lượng thể tích của liệu trên băng thay đổi theo phạm vi ±15%) và bộ PIDchỉ hoạt động sau khi băng đã hoạt động.

* Nhận xét 2 phương pháp trên:

Hai phương pháp trên điều chỉnh cấp liệu khác hẳn nhau về bản chất Xét về độchính xác điều chỉnh thì phương pháp 2 hơn hẳn phương pháp 1, thời gian điều chỉnhnhỏ, thiết bị cấp liệu làm việc ổn định không bị ngắt quãng, nhưng phạm vi điều chỉnhkhông rộng Phương pháp 1 đơn giản hơn, phạm vi điều khiển rộng hơn và có thể dượcđặt bởi người sử dụng, nhưng trong phạm vi điều chỉnh thiết bị phải làm việc gián đoạnthì ảnh hưởng không tốt đến tuổi thọ của thiết bị

- Phương pháp 3: Điều chỉnh mức vật liệu trong ngăn xếp:

Phương pháp điều chỉnh mức liệu trong ngăn xếp có thể coi là sự kết hợp của 2phương pháp trên : phương pháp điều chỉnh gián đoạn và điều chỉnh liên tục Phươngpháp này tận dụng những ưu điểm và khắc phục nhưng nhược điểm của 2 phương pháptrên và được thiết kế đặc biệt cho các băng cân định lượng

2.6 Cấu trúc của một hệ cân:

2.6.1 Cấu tạo chung của hệ cân:

Hình 2.3 Sơ đồ cấu trúc của một hệ thống

Cấu tạo của hệ thống bao gồm:

1- Gồm 06 hệ cân liệu từ đá ĐHệ cân Đ 1 cho tới Thạch cao Các cân này có kích

Hệ cân

Đ

Hệ cân than

Hệ cân quặng

Hệ cân đất

Hệ cân thạch cao

i = 1 , 5

26

40



2- Băng tải chính.Có thông số kỹ thuật như sau:

- Chiều dài tổng thể của băng tải:

- Vận tốc của băng tải :

Cấu trúc của một hệ cân trên dây chuyền bao gồm 06 hệ thống cân băng và một băng tảichính, trong quá trình làm việc 06 cân băng trên sẽ đồng thời đổ liệu xuống băng tải chính, toàn bộ phối liệu được băng tải chính vận chuyển vào Silô trộn để đưa vào máy nghiền

Chương 3

TÍNH TOÁN LỰA CHỌN HỆ THỐNG TĐĐ CHO CÂN CẤP THAN

Động cơ sử dụng là động cơ không đồng bộ ba pha rô to lồng sóc, tốc độ của động

cơ đo được nhờ sensơr đo tốc độ (máy fát xung)

Số xung phát ra từ máy phát xung tỷ lệ với tốc độ động cơ và được đưa về bộ điềukhiển

Bộ điều khiển (dùng vi xử lý) điều chỉnh tốc độ của băng tải và lưu lượng liệu ở

MÁY

FÁT

XUNG

BỘ KHUYẾCH ĐẠI

BỘ ĐIỀU KHIỂN

N

t

BIẾN TẦN

Động cơ không đồng bộ (KĐB) có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo vận hành đơn giản antoàn, sử dụng trực tiếp từ lưới điện xoay chiều 3 pha nên động cơ KĐB được sử dụngrộng rãi trong công nghiệp, từ công suất nhỏ đến công suất trung bình nó chiếm tỷ lệ lớn

so với động cơ khác Trước đây do các hệ thống truyền động động cơ KĐB có điềuchỉnh tốc độ lại chiếm tỷ lệ nhỏ do việc điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB khó khăn hơnnhiều so với động cơ 1 chiều Ngày nay do việc phát triển của công nghệ chế tạo bándẫn công suất và kỹ thuật tin học Nên động cơ KĐB phát triển và dần có xu hướngthay thế động cơ 1 chiều trong các hệ truyền động

Khác với động cơ 1 chiều, động cơ KĐB được cấu tạo bởi phần cảm và phần ứngkhông tách biệt Từ thông động cơ cũng như mômen động cơ sinh ra phụ thuộc vàonhiều tham số Do vậy hệ điều chỉnh tự động truyền động điện động cơ KĐB là hệ điềuchỉnh nhiều tham số có tính phi tuyến mạnh

U1- trị số hiệu dụng điện áp pha của stator

R1- điện trở cuộn dây của stator

R2- điện trở rotor đã quy đổi về stator

với ω - hệ số góc của động cơ

phương trình trên cho ta thấy M = f(s) phụ thuộc vào các đại lượng U1,ω1,R2 Tương ứngvới các đại lượng ta có 4 phương pháp để điều chỉnh điện áp như sau:

- Phương pháp điều chỉnh mạch rotor

- Điều chỉnh điện áp Stator cấp cho động cơ.

- Điều chỉnh công suất trượt

- Điều chỉnh công suất nguồn cấp cho động cơ

Phương pháp điều chỉnh điện áp stator và điều chỉnh Rotor áp dụng chủ yếu cho việcđiều khiển động cơ KĐB 3 pha rotor lồng sóc trước đây rất khó thực hiện Ngày nay do

sự phát triển mạnh mẽ của điện tử công suất và kỹ thuật vi sử lý đã mở ra có hiệu quảphương pháp điều khiển động cơ KĐB lồng sóc bằng điều khiển biến tần, phương phápnày cho phép điều chỉnh tốc độ động cơ trong phạm vi rộng với độ chính xác cao

Tốc độ động cơ được tính theo công thức:

Từ công thức trên cho ta thấy việc điều chỉnh động cơ KĐB phụ thuộc vào sự biến đổitần số lưới điện khi điều chỉnh tần số thì tốc độ động cơ cũng thay đổi theo

Khi thay đổi tần số lưới điện cùng với việc bỏ qua điện trở dây quấn stator, tức là coi

R1=0 thì mômen tới hạn đạt cực đại :

n

U M

* 2

3

* 55 9 2

3

1

2 1 1

2 1

L f

P U M

*

* ) 2 ( 2

* 3

2 1 2

2 2 1

* ) 2 ( 2

3

2 2

dũng) Tức là tỷ số giữa momen cực đại của động cơ và momen phụ tải tĩnh đối với cỏcđặc tớnh cơ là hằng số:

Đặc tính cơ khi f1< f1dm với điều kiện từ thông  = const (hoặc gần đúng giữa

1

1

f U

= const thì Mth đợc giữ không đổi ở vùng f1< f1d

Hình 3.2 Đặc tính cơ khi thay đổi tần số động cơ không đồng bộ

3.2.2 Mụ tả động cơ khụng đồng bộ dưới dạng cỏc đại lượng vectơ :

Khi điều chỉnh tần số ĐKB, thường kộo theo điều chỉnh cả điện ỏp, dũng điện hoặc

từ thụng mạch stato, do tớnh chất phức tạp của quỏ trỡnh điện từ trong ĐKB, nờn cỏcphương trỡnh , biểu thức đó phõn tớch khụng sử dụng trực tiếp được cho trường hợp điềuchỉnh tần số Để thuận tiện cho việc khảo sỏt hệ thống điều chỉnh tần số, dưới đõy nờu raphương phỏp đỏnh giỏ quỏ trỡnh điện từ dưới dạg vectơ

Trong động cơ KĐB, ớt nhất cú 06 cuộn dõy trờn mach từ, phương trỡnh cõn bằngđiện ỏp của mỗi cuộn như sau:

trong đú chỉ số k là tờn của dõy quấn

Nếu coi mạch từ là tuyến tớnh và bỏ qua tổn hao sắt thỡ mụmen điện từ của động cơ

0

14

13

1đ m

12

11



f11f12

là đạo hàm của gúc này.

Để điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB rụto lồng súc cú nhiều phương phỏp như :

- Điều chỉnh tốc độ băng bộ điều pha điện ỏp

- Điều chỉnh tốc độ bằng bộ biến tần nguồn dũng

- Điều chỉnh tốc độ bằng bộ biến tần nguồn ỏp

Do đặc điểm của cõn băng này là sử dụng động cơ truyền động cú cụng suất nhỏdưới vài kw nờn bộ biến đổi được dựng ở đõy là biến tần tranzito,nguồn ỏp biến điệu bềrộng xung

3.2.3 Điều chỉnh tần số động cơ bằng biến tần:

Muốn điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng cách thay đổi tần số ta phải có một bộnguồn xoay chiều có thể điều chỉnh tần số điện áp một cách đồng thời thông qua một

Hình 3.3 Sơ đồ mạch lực bộ biến tần nguồn áp dùng Tranzitor

Dùng phơng pháp PWM ta có giản đồ điện thế và điện áp pha A nh sau:

Hình 3.4 Phơng pháp PWM

- Sơ đồ biến tần ba pha dùng Tranzitor gồm:

Bộ nghịch lu biến đổi điện áp một chiều từ nguồn cấp thành điện áp xoay chiều có

Sơ đồ biến tần Tranzitor ba pha dùng 6 Tranzitor công suất T1 ữT6 và 6 điốt T7

ữT12 đấu song song ngợc với các Tranzitor tơng ứng

Tín hiệu điều khiển Vb đợc đa vào bazơ của Tranzitor có dạng chữ nhật, chu kỳ là2, độ rộng là /2

Khi Vb = “0” > Tranzitor bị khóa

Vb = “1” > Tranzitor mở bão hòaCác Tranzitor đợc điều khiển theo trình tự 1,2,3,4,5,6,1

Các tín hiệu điều khiển lệch nhau một khoảng bằng /3

3.2.4 Luật điều chỉnh tần số - điện ỏp theo khả năng quỏ tải:

Khi điều chỉnh tần số thỡ trở khỏng, từ thụng, dũng điện v.v… của động cơ đềuthay đổi, để đảm bảo một số chỉ tiờu điều chỉnh mà khụng làm động cơ bị quỏ núng thỡcần phải điều chỉnh cả điện ỏp Đối với hệ thống biến tần nguồn ỏp thường cú yờu cầugiữ cho khả năng quỏ tải về mụmen là khụng đổi trong suốt dải điều chỉnh tốc độ.Mụmen cực đại mà động cơ sinh ra được chớnh là mụmen tới hạn Mth, khả năng quỏ tải

về mụmen được quy định bằng hệ số quỏ tải mụmen λM

(3.14) λM = M Mth

Hỡnh 3.5 Xỏc định khả năng quỏ tải về mụmen

Nếu bỏ qua điện trở của dõy quấn stato Rs = 0 thỡ từ biểu thức mụmen điện từ củađộng cơ :

Thay thế (3.16) vào (3.17) và rút gọn ta được:

32.5 Bộ khuyếch đại tín hiệu:

Bộ khuyếch đại sẽ khuyếch đại các tín hiệu nhận được từ tế bào cân và đưa về bộđiều khiển Tín hiệu thu được là tải trọng tức thời mà tế bào cân đo được kết hợp với tínhiệu nhận được từ máy phát xung để xác định khoảng thời gian (khoảng thời gian trễ)

mà đoạn băng đó đi từ tế bào cân đến điểm xả

Sau khoảng thời gian trễ lưu lượng tại điểm xả của cân định lượng là kết quả của tích

số giữa lượng tải trên một đơn vị chiều dài của băng (đo được lúc đi qua tế bào cân) vớitốc độ hiện thời của đoạn băng đó

Việc tính toán và điều chỉnh sai lệch giũa lưu lượng đặt và lưu lượng thực do bộđiều chỉnh P trong bộ điều khiển thực hiện, bộ này sẽ khuyếch đại và triệt tiêu sai lệch ởchế độ tĩnh Tín hiệu đầu ra của bộ tỷ lệ P được đưa đến điều khiển biến tần động cơlàm cho tốc độ của động cơ truyền động băng tải thay đổi sao cho lưu lượng tại điểm xảliệu tương đương với lưu lượng đặt

3.2.6 Thông số kỹ thuật của cân:

3.2.7 Cấu trúc hệ thống cung cấp điện cho hệ cân:

Tủ động lực của hệ cân được lấy nguồn từ tủ phân phối T Đ1, trong tủ được bố trígồm 06 atômat 02 pha đầu vào đến 06 biến tần điều khiển tốc độ động cơ, đầu ra của 06biến tần được nối qua 06 atômat 03 pha đến các động cơ sơ đồ như (hình 3.6)

3.3 Tính chọn công suất động cơ cho băng cân:

3.3.1 Sơ đồ cầu trúc hệ truyền động:

Bánh răng 2

Hộp giảm tốc Động cơ

Bánh răng 1

Hình 3.7: Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động

Cho biết các thông số:

Tốc độ động cơ : nd : 970 v/p

Hiệu suất hộp số : η2 : 0,8

Tỷ số truyền giữa băng răng 1 và 2

i = 1 , 5 26

970

102,5 Rad/sTốc độ của bánh răng 2(tốc độ của puly chủ động) 2

32 , 0

* 14 , 3

1

0,99Rad/sTrong đó D là đường kính bánh răng 2 : D=0,32m

Tốc độ của bánh răng 1 :  1

(3.22)  1 = i*2 = 1,5*0,99 =1,49 Rad/s

Tỷ số truyền của hộp số: i1

i1 n2 nđ

(3.23) i1 = 68 , 8

49 , 1

5 , 102

5 , 102

Trong đó η1 là hiệu suất băng tải η1=0,8

F1 là lực của trọng lượng tổng trên băng

* 3600

* 8 , 0

1

* 6 , 455

F0 F2

l2

F1

L0 l1 LoadCell

Hình 3.8: cấu trúc cầu cân bằng mô men lực

Dựa vào công thức tính tổng hợp momen lực:

(3.30) F0L0 = F1L1 + F2L2

Trong đ ó : F0 là lực của tải trọng tác động lên cầu cân

F1 là lực của LoadCell

F2 là lực của đối trọng

L0 là khoảng cách (cánh tay đòn ) t ừ tải đến puly L0 =0,16m

l1 là khoảng cách (cánh tay đòn) từ puly đến LoadfCell l1=0,12m

l2 là khoảng cách (cánh tay đòn ) từ đối trọng đến puly, l2=0,20mSuy ra ta có :

(3.31) F0 =

0

2 2 2 1 1 1 0

2 2 1

L

l a m l a m L

L F L

2 2 1

l

l m L F m L

l m l

m2: Là khối lượng của đối trọng chọn loại 8kg

Năng suất của băng là: 60T/h

* 3600

60000





Trọng lượng tổng trên băng là lực F0(N) được đo bởi hệ thống cân trọng lượng và σđược tính theo biểu thức:

g L

F

* 2

74 12

, 0

20 , 0

* 8 16 , 0

* 8 , 9

* 2

8 0 7 , 16

*

*

* 2

*

1

2 2 1

3.6.1 Sơ đồ mạch lực biến tần VF - S9 0.75 kW

3.6.2 Chøc n¨ng c¸c cùc cña m¹ch ®iÒu khiÓn

Bĩ lôc M¹ch chÝnh §

M

U/T1 V/T2

§ĩng c¬

P0 PA PB

M¹ch ®iÒu khiÓn

VF -S9

Bĩ phỊn kÕt nỉi theo thø tù

®iÓm chung

FMV Nguơn

FMC

R¬le ph¸t hiÖn lìi

RC

RY TÝn hiÖu cho biÕt tỉc ®ĩ thÍp

FL A

FL

B

FL C

R

Y

TÝn hiÖu tÌn

sỉ mong muỉn

P2 4 O U T

TÝn hiÖu dßng 4-20mA

F R

RST

S1 S2 S3 CC CC

M¸y

®Õm Nóm ph©n thÕ ngoµi cùc VIA vµ II +-TÝn hiÖu ®iÖn ¸p 0 – 10V

kh«ng ® îc sö dông ®ơng thíi cïng mĩt lóc

PP VIA

CC VIB FM

PC

B¶ng

®iÒu khiÓn

H×nh 3.10 M¹ch lùc cña biÕn tÌn VF - S9

F đầu vào Ngắn mạch qua F-CC là

nguyên nhân để quay, mởhộp giảm tốc và dừng

Không có

điện áptiếp điểm

đầu vào24Vdc –5mAhoặc nhỏhơn

+24v +5v JB301

4.7K 10K F

15K S3 0.1

RST đầu vào Ngắn mạch qua RST_CC

Là nguyên nhân ảnh hởng

đến việc điều chỉnh khichức năng bảo vệ biến tần

đang hoạt động Chú ý rằngkhi biến tần đang hoạt độngbình thờng thì nó khônghoạt động đều đặn nếu cóngắn mạch qua RST

S1 đầu vào Ngắn mạch qua S1_CC là

nguyên nhân để tốc độ đặttrớc hoạt động

S2 đầu vào Ngắn mạch qua S2_CC là

nguyên nhân để tốc độ đặttrớc hoạt động

S3 đầu vào Ngắn mạch qua S3_CC là

nguyên nhân để tốc độ đặttrớc hoạt động

trình có đầu vào là tín hiệutơng tự Tiêu chuẩn xác lậpmặc định đầu vào

4~20mA(trởkhángtrong:

Nguồn biến tần

FM đầu ra Nhiều chức năng chơng

trình có tín hiệu tơng tự

Tiêu chuẩn xác lập mặc

định: đầu ra có một dòng

đ-ợc nối với mọt ampemet có

tỷ lệ 1mA hoặc volmet đo

điện áp 1 chiều 7.5Vdc(10Vdc) có thể thay đổi từ0~20mA bằng cách nhảychuyển mạch JP302

OUT đầu ra Nhiều chức năng mở cực

góp ở đầu ra Những thiếtlập mặc định về các thông

số tiêu chuẩn phát hiện vàcho tốc độ đầu ra đạt đợctần số ra của tín hiệu

RC

RY

đầu ra Rơle đa chức năng đợc lập

trình để ngắt điện đầu ra

Công suất ngắt: 250V-2A(cos=1), 30V-1A, 250V-1A (cos=0.4) Những thiếtlập mặc định về thông sốtiêu chuẩn sẽ phát hiện ratín hiệu và tần số ra có tốc

độ thấp

FLA

FLB

FLC

đầu ra Rơle đa chức năng đợc lập

trình để ngắt điện đầu ra

Công suất ngắt: 250V-2A(cos=1), 30V-1A, 250V-1A (cos=0.4) Các cực nàybáo cho biết chức năng bảo

vệ của biến tần đang hoạt

động Khi chức năng bảo vệ

đang hoạt động, hai tiếp

điểm FLA-FLC đóng, cònhai tiếp điểm FLB-FLC mở

3.6.3 Bàn phím và màn hình hiển thị

FMC

JP302 FMV

+24V FLB FLC

* Loại biến tần sử dụng

Bảng mạch tuỳ chọn, mã kỹ thuật đặc biệt

* Tên và chức năng

Đèn VEC : Đèn sáng khi vectơ cảm biến có lệnh chạy

Đèn RUN : Sáng khi biến tần đang hoạt động, nhấp nháy khi chạy tự động gia tốc/giảm tốc hoạt động

Đèn MON : Sáng khi cách biến tần kiểm tra

Dung lợng

động cơ tơng ứng

007: 0.75KW

Bảng hoạt

động

P: điềukiện

Chức năng phụ:

L: nhóm A gắn liền máy lọc.

M: tiêu chuẩn.

Gắn liền máy lọc

Giao diện số học AN: cực âm WN: cực âm WP: cực dơng

Bảng mạch tuỳ chọn, mã kỹ thuật đặc biệt

A 00 : mã kỹ thuật đặt biệt

(00 : là số )

MON : Phím giám sát hiển thị tần số hoạt động, thông sốvà nguyên nhân lỗi

Charge

lamp : Đèn báo đang có điện, cho biên hiện tại trong biến tần đang có một điện thế cao, không đợc mở nắp

bảng chứa đầu cực khi đèn đang sáng

Terminal

boad cover : Bảng lắp chứa đầu cực, luôn luôn phải đóng chặt nắp này trớc khi máy hoạt động để tránh tình trạng

ngẫu nhiên chạm vào các đầu cực

lock screws : Dùng ốc vít để khóa chặt nắp bảng

3.6.4 Tiêu chuẩn kết nối

Nguồn cung cấp năng lợng và kết nối với động cơ

Đèn gắn liền vớinúm phân thế

Gắn liền với núm phân thế

Khi đèn gắn liền với númphân thế sáng thì có thểthay đổi tần số hoạt động

VF-S9

Dây nguồn đ ợc nối với R.,S.,T. Động cơ đ ợc

nối với U,V,W.

Hinh 3.11 Sơ đồ kết nối dây

Chú ý: Kiểu 3 pha 200 – 0.2; 0.4; 0.75Kw không có cực nối đất đợc nối từ vỏ

của biến tần

 Sự kết nối các thiết bị ngoại vi

Hinh 3.12 Sơ đồ kết nối các thiết bị ngoại vi

W/T3 Nối với động cơ (phần cứng 3 pha)

PA, PB Đợc nối với các điện trở hãm, các thông số có thể thay đổi nếu

cần F304, F305, F308

PC Đây là cực (-) trong mạch chính của dòng một chiều Điểm

trung tính của dòng 1 chiều có thể nối qua cực PA (điện áp (+))

IM Biến tần

R/l1 S/L2 T/L3

U/T1 V/T2 W/T3

Tiêu đề Chức năng Giá trị lập trình

- Hoạt động

+ Chạy / dừng: ấn phím RUN và STOP trên bảng

+ Tần số đặt: Điều chỉnh vị trí của cái đo điện thế

b Đặt tần số hoạt động và khởi động, dừng dùng bảng hoạt động

0.0 Hiển thị hoạt động của tần số (hoạt động ngừng) Khi

tiêu chuẩn monitor chọn F701 thì đặt tần số hoạt

động là 0

tiên AUI (tự gia tốc/giảm tốc)

định : 1)

0 CNOd ấn phím ENTER ghi lại thông số thay đổi CNOd và

giá trị bộ thông số luân phiên đợc hiển thị

2 ấn phím ENTER cho hiển thị thông số đặt (đặt mặc

định : 2)

0 FNOd ấn phím ENTER để ghi lại thông số vừa thay đổi

FNOd và giá trị bộ thông số luân phiên đợc hiển thị

ấn phím MON 2 lần quay lại hiển thị cách điều chỉnh tiêu chuẩn

- Cách khởi động và dừng máy

1 Khởi động và dừng sử dụng các phím trên bảng hoạt động (CNOd:1)

Dùng phím RUN và STOP trên bảng hoạt động và dừng động cơ

2 Khởi động và dừng động cơ bằng cách dùng các tín hiệu bên ngoài trên bảng cực

Short F và C: Tiếp tục chạy

Open: F và C: chạy chậm dần và dừng

Cài đặt thông số mặc định tiêu chuẩn mục đích là để dừng động cơ một cách từ từ

Để dừng đợc một cách từ từ thì phải ổn định các chức năng của cực ST với một cực bỏkhông Sau đó chọn tín hiệu F103: ST, khi dừng động cơ ở trạng thái nh đợc mô tả ởhình trên phải để ST-CC hở mạch thì mới dừng Lúc này trên màn hình của biến tần sẽhiển thị tín hiệu OFF

ON OFF

ON OFF ON OFF

- F 110 Chọn chức năng đầu vào số Bảng

(11)

0 (không chỉ định chức năng)

F F 111 Chọn chức năng đầu vào 1(F) 2 (chạy thuận)

R F 112 Chọn chức năng đầu vào 2(R) 3 (chạy ngợc)RST F 113 Chọn chức năng đầu vào 3(RST) 10 (reset)

S1 F 114 Chọn chức năng đầu vào 4(S1) 6 (đặt tốc độ 1)S2 F 115 Chọn chức năng đầu vào 5(S2) 7 (đặt tốc độ 2)S3 F 116 Chọn chức năng đầu vào 6(S3) 8 (đặt tốc độ 3)

* Phơng pháp nối

+ A – tiếp xúc đầu vào

+ Phơng pháp với transisto output

Sơ đồ nối

* Đây là chức năng đã làm khi cực input và cc ngắn mạch, sử dụng chức năng này để chỉ rõ F/R chạy hoặc đặt tốc độ hoạt động input

Biến tần PLC Sự hoạt động có thể đ ợc điều khiẻn bằng việc kết

nối giữa đầu vào và CC (điểm trung tính) tới đầu

ra (không có công tắc tiếp xúc) của ch ơng trình Chức năng này đ ợc dùng để định rõ sự hoạt

động: chạy thuận, chạy

ng ợc hoặc đặt tốc độ hoạt động Tranzitor input

cc

Giao diện giữa chơng trình điều khiển và biến tần:

- Khi sự hoạt động đợc điều khiển bằng chơng trình điều khiển mở cực góp đầu

ra Nếu chơng trình điều khiển tắt mà biến tần lại mở Sự khác nhau trong nguồn điềukhiển phân thế sẽ là nguyên nhân các tín hiệu sai đợc gửi tới biến tần nh trong sơ đồ dới.Thực chất ngời ta đã chuẩn bị một khóa liên động để cho bộ điều khiển chơng trìnhkhông thể tắt khi biến tần mở

* Thay đổi chức năng các cực đầu ra.

Chức năng Dải

điều chỉnh

hiệu tốc độ 4 LOW ON: Tần số đầura bằng hoặc cao

OFF: khi biến tầnkhông ngắt.

3 Thiết lập thời gian tăng tốc / giảm tốc

AU1: Tự động tăng tốc / giảm tốc

ACC: Thời gian tăng tốc 1

DEC: Thời gian giảm tốc 1

* Chức năng:

1 Thời gian tăng tốc ACC cho phép tần số ra của biến tần có thể tăng từ

0Hz tới tần số cực đại FH sau một khoảng thời gian

2 Thời gian giảm tốc dEC cho phép tần số ra của biến tần có thể giảm từ

tần số cực đại FH xuống 0Hz sau một khoảng thời gian

a Tự động tăng tốc, giảm tốc

Tự động điều chỉnh thời gian tăng tốc và giảm tốc với mức tải:

AU 1 = 1 Tự động điều chỉnh thời gian tăng tốc, giảm tốc với dòng biến tầnnằm trong khoảng từ 1/8 đến khoảng cài đặt ACC và dEC Nó đạt giá trị tối u có tính

Tần số

Ra Hz

Khi tải lớn

0

Thời gian gia tốc Thời gian

giảm tốc

T(s)

Thời gian gia tốc/giảm tốc

 giảm

Thời gian gia tốc/giảm tốc

 giảm