Được sự đồng ý của Viện đào tạo sau đại học, Viện điện và được sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS Đinh Văn Nhã, trong đợt thực tập và làm luận văn tốt nghiệp, em đã tiến hành nghiên cứu,
Trang 2LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS ĐINH VĂN NHÃ
HÀ NỘI – 2012
Trang 3LỜI CAM ĐOAN Error! Bookmark not defined.
Danh mục các hình ảnh Error! Bookmark not defined.
Lời mở đầu Error! Bookmark not defined.
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ VÀ GIẢI
PHÁP TỰ ĐỘNG HOÁ NHÀ MÁY THỨC ĂN CHĂN NUÔI
NGỌC HỒI Error! Bookmark not defined.
1.1 Giới thiệu về nhà máy thức ăn chăn nuôi Ngọc Hồi.Error! Bookmark not defined.
1.2 Công nghệ sản xuất thức ăn chăn nuôi .Error! Bookmark not defined.
1.3 Dây chuyền sản xuất của nhà máy thức ăn chăn nuôi Ngọc Hồi.Error! Bookmark not
1.3.1 Sơ đồ khối của dây chuyền sản xuất Error! Bookmark not defined.
1.3.2 Sơ đồ khối công nghệ và các thiết bị của nhà máy Error! Bookmark not defined.
1.3.3 Quá trình nhập nguyên liệu vào các kho của nhà máy.Error! Bookmark not defined.
1.3.4 Quá trình đưa nguyên liệu tới hệ cân định lượng .Error! Bookmark not defined.
1.3.5 Công đoạn cân định lượng .Error! Bookmark not defined.
1.3.6 Quá trình nghiền và trộn liệu .Error! Bookmark not defined.
1.3.7 Quá trình ép viên xẻ mảnh Error! Bookmark not defined.
1.3.8 Hệ thống đóng bao Error! Bookmark not defined.
CHƯƠNG 2: GIẢI PHÁP CẤP LIỆU VÀ ĐỊNH LƯỢNGError! Bookmark no
2.1 Vai trò của hệ cấp liệu và cân định lượng Error! Bookmark not defined.
2.2 Cấp liệu .Error! Bookmark not defined.
2.2.1 Giới thiệu chung .Error! Bookmark not defined.
2.2.2 Cơ cấu đưa vật liệu lên băng chuyền .Error! Bookmark not defined.
2.2.3 Cơ cấu vận chuyển liệu Error! Bookmark not defined.
2.3 Định lượng .Error! Bookmark not defined.
2.3.1 Cấu trúc và nguyên lý họat động của hệ cân định lượngError! Bookmark not defined.
2.3.2 Giải pháp định lượng liên tục .Error! Bookmark not defined.
2.3.3 Giải pháp định lượng gián đoạn Error! Bookmark not defined.
2.4 Phương pháp nâng cao độ chính xác quá trình cân định lượng.Error! Bookmark not d
2.4.1 Các yêu tố gây sai số kết quả cân .Error! Bookmark not defined.
2.4.2 Phương pháp nâng cao độ chính xác quá trình cân Error! Bookmark not defined.
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT
HỆ CÂN ĐỊNH LƯỢNG Error! Bookmark not defined.
3.1 Yêu cầu điều khiển giám sát hoạt động của hệ thống.Error! Bookmark not defined.
3.1.1 Yêu câu điều khiển hệ thống Error! Bookmark not defined.
3.1.2 Yêu cầu giám sát hoạt động của hệ thống .Error! Bookmark not defined.
3.2 Lựa chọn Load Cell và xây dựng mạch chuyển đổi.Error! Bookmark not defined.
3.2.1 Nguyên lý hoạt động của Load Cell .Error! Bookmark not defined.
3.2.2 Lựa chọn các loại Load Cell cho hệ cân .Error! Bookmark not defined.
3.2.3 Xây dựng mạch khuếch đại tín hiệu .Error! Bookmark not defined.
3.2.4 Xây dựng mạch lọc thông thấp .Error! Bookmark not defined.
3.2.5 Xây dựng mạch khuếch đại đệm Error! Bookmark not defined.
3.3 Xây dựng hệ thống điều khiển sử dụng S7-300.Error! Bookmark not defined.
Trang 43.4.1 Giới thiệu về WinCC .Error! Bookmark not defined.
3.4.2 Xây dựng giao diện điều khiển giám sát của công đoạn cân định lượng.Error! Bookmark n
3.5 Vận hành và kết quả thực nghiệm chọn offset Error! Bookmark not defined.
3.5.1 Vận hành Error! Bookmark not defined.
3.5.2 Các thao tác để chỉnh giá trị Offset Error! Bookmark not defined.
3.5.3 Phụ lục bảng các giá trị thực nghiệm Offset Error! Bookmark not defined.
KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined.
Tài liệu tham khảo : Error! Bookmark not defined.
Phụ Lục: Chương trình điều khiển hệ thống cân định lượng.Error! Bookmark
Trang 5LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Ngoài phần tài liệu tham khảo đã được liệt kê đầy đủ, các số liệu và kết quả trong phần luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác
Trang 6Danh mục các hình ảnh
Hình 1 1: Bố trí nhà xưởng của nhà máy thức ăn chăn nuôi Ngọc Hồi 8
Hình 1 2: Sơ đồ khối tổng quát dây chuyền sản xuất thức ăn chăn nuôi 9
Hình 1 3: Sơ đồ tổng quát của dây chuyền sản xuất 10
Hình 1 4: Quá trình nhập liệu 10
Hình 1 5: Quá trình cân định lượng và nghiền trộn 11
Hình 1 6: Quá trình ép viên xẻ mảnh và đóng bao 11
Hình 1 7: Sơ đồ hệ thống điều khiển bán tự động nhà máy thức ăn chăn nuôi Ngọc Hồi 12
Hình 1 8: Công đoạn nhập nguyên liệu vào trong kho của nhà máy 15
Hình 1 9: Công đoạn cân định lượng 17
Hình 1 10: Cách bố trí thực tế hệ cân C1 và C2 19
Hình 1 11: Công đoạn nghiền trộn 20
Hình 1 12 Công đoạn ép viên xẻ mảnh 22
Hình 1 13 Hệ thống đóng bao 24
Hình 2 1: Gầu tải đưa liệu lên băng chuyền trên cao 27
Hình 2 2: Cấu tạo của vít tải 28
Hình 2 3: Cơ cấu xích tải 29
Hình 2 4: Sơ đồ nguyên lý hoạt động chung của cân định lượng 30
Hình 2 5: Giải pháp định lượng liên tục 30
Hình 2 6: Thiết bị định lượng làm việc gián đoạn 31
Hình 3 1: Loadcell 38
Hình 3 2: Nguyên lý hoạt động của Load Cell 39
Hình 3 3: Một số loại Load Cell 40
Hình 3 4: SLU Load Cell 40
Hình 3 5: STA-2-2000 Load Cell 42
Hình 3 6: Kích thước của Loadcell 43
Hình 3 7: Mạch khuêch đại vi sai 44
Hình 3 8: Mạch lọc thông thấpSallen-Key Butterworth 45
Hình 3 9: Đặc tính tần số của bộ lọc thông thấp Butterworth Filter 45
Hình 3 10: Mạch khuêch đại đệm 46
Hình 3 11: Siemens PLC S7-300 46
Hình 3 12: Nguyên lý chung về cấu trúc của một bộ điều khiển logic khả trình (PLC) 47
Hình 3 13: Phân chia các vùng nhớ trong CPU 51
Hình 3 14: Hoạt động của CPU S7-300 52
Hình 3 15: Cấu hình của một thanh rack của trạm PLC S7-300 56
Hình 3 16: Vòng quét chương trình 53
Hình 3 17: Mô hình phân cấp chức năng mạng truyền thông công nghiệp 59
Trang 7Hình 3 18: Mô hình truy nhập bus sử dụng kết hợp Token-Passing và Master/Slave 63
Hình 3 19: Cấu hình hệ thống điều khiển giám sát 64
Hình 3 20: Cấu hình phần cứng của trạm điều khiển PLC 65
Hình 3 21: Lưu đồ thuật toán công đoạn cân định lượng 78
Hình 3 22: Vòng quét chương trình 82
Hình 3 23: Lập trình có cấu trúc 84
Hình 3 24: Giao diện WinCC Explorer 85
Hình 3 25: Cửa sổ thiết kế đồ hoạ 87
Hình 3 26: Cửa sổ soạn thảo Tag Logging 89
Hình 3 27: Màn hình công đoạn Cân định lượng 92
Trang 8Lời mở đầu
Hiện nay đất nước ta đang trong giai đoạn chuyển mình mạnh mẽ theo sự phát triển của thế giới và khu vực với nền sản xuất đa dạng và đầy tiềm năng.Để nền sản xuất này có thể phát triển được, không chỉ đòi hỏi lao động
có tay nghề mà cần phải áp dụng một cách rộng rãi những tiến bộ khoa học
kĩ thuật, đặc biệt là công nghệ tự động hóa Trong nền công nghiệp hiện đại, các hệ thống điều khiển tự động đang thực sự tạo nên những giá trị vật chất
to lớn, nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm giá thành và giải phóng sức lao động chân tay của con người
Công nghệ tự động hóa đang được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực sản xuất và đời sống xã hội như một xu thế tất yếu: từ công nghệ lắp ráp, công nghệ chế biến, tự động hóa tòa nhà Và công nghệ sản xuất thức ăn chăn nuôi cũng không nằm ngoài xu thế đó
Được sự đồng ý của Viện đào tạo sau đại học, Viện điện và được sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS Đinh Văn Nhã, trong đợt thực tập và làm luận văn tốt nghiệp, em đã tiến hành nghiên cứu, tìm hiểu hệ thống Tự động hóa dây chuyền sản xuất thức ăn chăn nuôi tại nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi Ngọc Hồi –Thanh Trì – Hà Nội, hệ cân định lượng và ứng dụng của nó vào công nghệ sản xuất thức ăn chăn nuôi, xây dựng thuật toán và trương trình điều khiển quá trình nhập nguyên liệu và cân định lượng dùng PLC S7-300 xây dựng giao diện mô phỏng quá trình hoạt động của dây chuyền trên phần mềm Wincc 6.0 của SIEMENS
Công nghệ sản xuất thức ăn chăn nuôi gồm một số công đoạn chính: cấp liệu thô, cân định lượng, nghiền, trộn, ra thành phẩm…mỗi công đoạn đều có vai trò quan trong, trong đó yếu tố đóng vai trò quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến tính kinh tế ,chất lượng sản phẩm đó là công đoạn cân cấp liệu phối
Trang 9hợp các nguyên liệu cho ra sản phẩm sau này, đảm bảo cho việc cân định lượng được chính xác có ý nghĩa rất thiết thực
Nội dung luận văn “…” được chia thành 3 phần chính
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ VÀ GIẢI PHÁP
TỰ ĐỘNG HOÁ NHÀ MÁY THỨC ĂN CHĂN NUÔI NGỌC HỒI
CHƯƠNG 2: GIẢI PHÁP CẤP LIỆU VÀ ĐỊNH LƯỢNG
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT HỆ CÂN ĐỊNH LƯỢNG
Trên đây là tóm tắt những kết quả mà em đã đạt được trong quá trình làm luận văn Để có được kết quả này em xin chân thành cám ơn thầy hướng dẫn PGS.TS Đinh Văn Nhã đã tận tình hướng dẫn và chỉ bảo cho em trong quá trình làm đồ án
Em xin chân thành cảm ơn thầy !
Trang 10
Mục lục
LỜI CAM ĐOAN 1
Danh mục các hình ảnh 2
Lời mở đầu 4
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ VÀ GIẢI PHÁP TỰ ĐỘNG HOÁ NHÀ MÁY THỨC ĂN CHĂN NUÔI NGỌC HỒI 8
1.1 Giới thiệu về nhà máy thức ăn chăn nuôi Ngọc Hồi 8
1.2 Công nghệ sản xuất thức ăn chăn nuôi .9
1.3 Dây chuyền sản xuất của nhà máy thức ăn chăn nuôi Ngọc Hồi 10
1.3.1 Sơ đồ khối của dây chuyền sản xuất 10
1.3.2 Sơ đồ khối công nghệ và các thiết bị của nhà máy 11
1.3.3 Quá trình nhập nguyên liệu vào các kho của nhà máy 15
1.3.4 Quá trình đưa nguyên liệu tới hệ cân định lượng 16
1.3.5 Công đoạn cân định lượng 17
1.3.6 Quá trình nghiền và trộn liệu 20
1.3.7 Quá trình ép viên xẻ mảnh 22
1.3.8 Hệ thống đóng bao 24
CHƯƠNG 2: GIẢI PHÁP CẤP LIỆU VÀ ĐỊNH LƯỢNG 26
2.1 Vai trò của hệ cấp liệu và cân định lượng 26
2.2 Cấp liệu .26
2.2.1 Giới thiệu chung 26
2.2.2 Cơ cấu đưa vật liệu lên băng chuyền 27
2.2.3 Cơ cấu vận chuyển liệu 28
2.3 Định lượng .29
2.3.1 Cấu trúc và nguyên lý họat động của hệ cân định lượng 29
2.3.2 Giải pháp định lượng liên tục 30
2.3.3 Giải pháp định lượng gián đoạn 31
2.4 Phương pháp nâng cao độ chính xác quá trình cân định lượng .32
2.4.1 Các yêu tố gây sai số kết quả cân 32
2.4.2 Phương pháp nâng cao độ chính xác quá trình cân 33
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT HỆ CÂN ĐỊNH LƯỢNG 37
3.1 Yêu cầu điều khiển giám sát hoạt động của hệ thống 37
3.1.1 Yêu câu điều khiển hệ thống 37
3.1.2 Yêu cầu giám sát hoạt động của hệ thống 37
3.2 Lựa chọn Load Cell và xây dựng mạch chuyển đổi .37
3.2.1 Nguyên lý hoạt động của Load Cell 37
3.2.2 Lựa chọn các loại Load Cell cho hệ cân 40
3.2.3 Xây dựng mạch khuếch đại tín hiệu 43
3.2.4 Xây dựng mạch lọc thông thấp 44
Trang 113.2.5 Xây dựng mạch khuếch đại đệm 46
3.3 Xây dựng hệ thống điều khiển sử dụng S7-300 46
3.3.1 Giới thiệu về S7-300 46
3.3.2 Mạng truyền thông công nghiệp 56
3.3.3 Cấu hình hệ thống điều khiển 64
3.3.4 Thuật toán điều khiển và lập trình chương trình điều khiển 76
3.4 Xây dựng giao diện điều khiển dùng WinCC 6.0 .84
3.4.1 Giới thiệu về WinCC 84
3.4.2 Xây dựng giao diện điều khiển giám sát của công đoạn cân định lượng 92
3.5 Vận hành và kết quả thực nghiệm chọn offset 93
3.5.1 Vận hành 93
3.5.2 Các thao tác để chỉnh giá trị Offset 94
3.5.3 Phụ lục bảng các giá trị thực nghiệm Offset 95
KẾT LUẬN 96
Tài liệu tham khảo : 97
Phụ Lục: Chương trình điều khiển hệ thống cân định lượng 98
Tác giả đã có bài báo gửi đăng ở “ Tạp chí Tự động hóa Ngày nay (Automation
Today) ISSN tháng 3/2012
PGS.TS Đinh Văn Nhã, KS Phạm Khương Duy, KS Đinh Văn Vinh, “Xây dựng thuật toán điều khiển chính xác cân định lượng nhiều thành phần – Nhà máy thức ăn
chăn nuôi gia súc Ngọc Hồi ”
Trang 12CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ VÀ GIẢI PHÁP TỰ ĐỘNG HOÁ NHÀ MÁY THỨC ĂN CHĂN
NUÔI NGỌC HỒI
1.1 Giới thiệu về nhà máy thức ăn chăn nuôi Ngọc Hồi
Hình 1 1: Bố trí nhà xưởng của nhà máy thức ăn chăn nuôi Ngọc Hồi
Nhà máy thức ăn chăn nuôi Ngọc Hồi nằm ở km14 đoạn Quốc Lộ 1A cũ (Thanh Trì – Hà Nội) Nhiệm vụ của nhà máy là sản xuất các loại thức ăn chăn nuôi cho gia súc, gia cầm Dây chuyền sản xuất thức ăn chăn nuôi đang được sử dụng tại nhà máy do hãng VANAAREN (Hà Lan) chế tạo và lắp đặt,hoàn tất và đi vào hoạt động vào năm 2004
Trước cổng nhà máy được trang bị 1 cân dịch vụ điện tử 80 tấn dùng để xác định khối lượng nguyên liệu từ ngoài vào và sản phẩm xuất ra Nhà máy có nhà ăn, khu hành chính phục vụ cán bộ công nhân viên Bao quanh khu nhà sản xuất là các kho chứa hàng nguyên liệu Chính giữa là khu nhà sản xuất , bao gồm phòng điều khiển giám sát trung tâm, các thiết bị vận hành: các vít tải, loadcell của cân định lượng, các thiết bị cảm biến khác bên ngoài là 4 xilô lớn có chức năng như các kho chứa cung cấp nguyên liệu trong quá tình sản xuất
Toàn bộ quá trình hoạt động của nhà máy là liên hoàn khép kín từ khâu nhập liệu cho đến khâu đóng bao Trong đó từ khâu nhập liệu cho đến hết khâu ép viên
Trang 13xẻ mảnh thì dây chuyền có thể hoạt động tự động hoàn toàn mà không cần phải có người vận hành Các khâu trong dây chuyền có thể hoạt động độc lập vì vậy khi có xảy ra sự cố nhà máy vẫn có thể vận hành bình thường
1.2 Công nghệ sản xuất thức ăn chăn nuôi
Hình 1 2: Sơ đồ khối tổng quát dây chuyền sản xuất thức ăn chăn nuôi
Quá trình sản xuất thức ăn chăn nuôi được thực hiện qua nhiều công đoạn: Cấp nguyên liệu thô (Ngô, khoai, sắn …) dưới dạng bột hay hạt (đối với ngô),dạng miếng (đối với khoai,sắn) vào các silo, định lượng (cân các thành phần nguyên liệu theo một công thức đã định trước, tuỳ yêu cầu của sản phẩm ) Sau khi đã định lượng xong thì tất cả các nguyên liệu được đưa vào máy nghiền Trong quá trình nghiền có bổ sung thêm các nguyên liệu dạng bột (bột tôm, bột cá, …) và các nguyên tố vi lượng, chất béo, vitamin, … sau khi nghiền xong được sản phẩm dưới dạng bột Sản phẩm này được đưa vào máy trộn đều và tùy theo từng loại vật nuôi
mà ta có thể lấy thức ăn ra ở hai dạng:
+ Dạng bột dùng cho các vật nuôi dưới nước (tôm, cá, baba …)
+ Dạng hạt dùng cho các loại gia súc, gia cầm
Để có được thức ăn dưới dạng hạt thì từ sản phẩm bột, người ta phun thêm rỉ mật và hơi nước và có thể thêm 1 số chất phụ gia khác để biến thức ăn thành dạng nhão, sau đó đưa qua hệ thống ép viên, xẻ mảnh để được thức ăn dạng hạt
Thức ăn chăn nuôi được sản xuất qua nhiều công đoạn nên vấn đề sản xuất thức ăn đủ, đúng yêu cầu, đảm bảo chất lượng và phù hợp với các loại vật nuôi là vấn đề mang tính cấp bách và quan trọng đòi hỏi các nhà sản xuất phải thay đổi
Trang 14công nghệ, úng dụng công nghệ tự động hóa vào trong quá trình sản xuất thức ăn chăn nuôi
Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ vi điện tử và kỹ thuật truyền thông, ghép nối và công nghệ phần mềm đã tạo ra sự chuyển biến cơ bản trong hướng đi cho các giải pháp tự động hóa trong công nghiệp Xu hướng phân tán hóa, mềm hóa và chuẩn hóa là ba trong số nhiều điểm đặc trưng cho sự thay đổi này Những hướng đó không nằm ngoài mục đích giảm giá thành và nâng cao chất lượng của hệ thống Sự ứng dụng rộng rãi của các hệ thống điều khiển tự động và điều khiển giám sát vào trong các ngành sản xuất thức ăn chăn nuôi gia súc, gia cầm sẽ cho kết quả cao, đạt được những thành công ngoài mong muốn
1.3 Dây chuyền sản xuất của nhà máy thức ăn chăn nuôi Ngọc Hồi
1.3.1 Sơ đồ khối của dây chuyền sản xuất
Sơ đồ khối của dây chuyền sản xuất thức ăn chăn nuôi Ngọc Hồi được tổng quát hoá ở hình:
Hình 1 3: Sơ đồ tổng quát của dây chuyền sản xuất
Trong đó:
+ Quá trình nhập liệu bao gồm: quá trình nhập liệu trong nhà và quá trình nhập liệu từ bên ngoài Quá trình này được thể hiện chi tiết trong hình :
Hình 1 4: Quá trình nhập liệu
Trang 15+ Quá trình cân định lượng và nghiền trộn:
Hình 1 5: Quá trình cân định lượng và nghiền trộn
+ Quá trình ép viên xẻ mảnh và đóng bao:
Hình 1 6: Quá trình ép viên xẻ mảnh và đóng bao
1.3.2 Sơ đồ khối công nghệ và các thiết bị của nhà máy
Nhà máy thức ăn chăn nuôi Ngọc Hồi hoạt động trên dây chuyền công nghệ của Hà Lan Qui trình sản xuất của nhà máy bao gồm nhiều công đoạn khác nhau như: công đoạn nhập liệu, công đoạn cân định lượng, công đoạn nghiền trộn… Do
đó sự phức tạp trong công nghệ cũng như sự đa dạng của các thiết bị là điều không thể tránh khỏi Chúng ta có thể dễ dàng nhận thấy điều này trong sơ đồ công nghệ dưới đây:
Trang 16Hình 1 7: Sơ đồ hệ thống điều khiển bán tự động nhà máy thức ăn chăn nuôi
Ngọc Hồi
Trang 17Bảng 1: Giải thích các ký hiệu trong sơ đồ hình vẽ:
Kí hiệu thiết bị trên sơ đồ Giải thích
M Máng nhận nguyên liệu ngoài trời
2 Băng tải chuyển nguyên liệu từ ngoài vào
4 Gầu tải đưa nguyên liệu lên
6 Thiết bị lọc kim loại
19 Gầu tải đưa nguyên liệu lên
35, 36, 37, 38 Các silo loại 1000 tấn để chứa nguyên liệu từ
ngoài vào
30 Băng tải đưa nguyên liệu đến silo chứa
21 Băng tải đưa nguyên liệu từ gầu tải đến hệ cân
39 Băng tải đưa nguyên liệu từ silo chứa đến hệ
cân
52, 54, 56 Thiết bị lọc bụi trong nhà
58 Gầu tải đưa nguyên liệu đến hệ cân
60 Thiết bị lọc kim loại
61 Băng tải đưa nguyên liệu đến hệ cân
201, 202, 203, 204 Các silo loại 500 kg
V1Æ V4 Các vít tải
C1 Hệ cân định lượng loại 500 kg
205 Æ 214 Các silo chứa các thành phần của hệ cân lớn V5 Æ V14 Các vít tải
C2 Hệ cân định lượng loại 2000 kg
222 Gầu tải nguyên liệu hỗn hợp
303 Van xả silo chứa
313 Thiết bị lọc bụi
315 Van xả silo chứa bột nghiền
Trang 18350 Máy trộn liệu
317 Thiết bị thêm phụ gia
351 Máy bơm chất béo
463 Silo chứa các sản phẩm dạng viên
801, 802, 803, 804 Silo chứa các thành phần chuẩn bị đóng bao
Trang 191.3.3 Quá trình nhập nguyên liệu vào các kho của nhà máy
Hình 1 8: Công đoạn nhập nguyên liệu vào trong kho của nhà máy
Nguyên liệu chuẩn bị cho hoạt động của nhà máy có thể được dự trữ trong các silo hay trong các kho của nhà máy tuỳ vào tính chất của nguyên liệu và mục đích sử dụng của chúng
Trong trường hợp nguyên liệu được dự trữ trong các kho của nhà máy, nguyên liệu sẽ được vận chuyển bằng ô tô, qua hệ thống cân trọng tải nặng ở cổng nhà máy, sau đó nguyên liệu được vận chuyển tới nhà kho Tại đây, nguyên liệu sẽ được các công nhân cùng với sự trợ giúp của các loại xe vận chuyển chuyên dùng đưa tới vị trí nhất định trong nhà kho
Trang 20Trong trường hợp nguyên liệu được chứa trong các silo của nhà máy thì quá trình này diễn ra phức tạp và cần nhiều công đoạn hơn
Trước hết nguyên liệu được vận chuyển đến máng nhập nguyên liệu ngoài trời Tiếp theo nguyên liệu sẽ được vít tải 2 vận chuyển đến van 3, tại đây nguyên liệu được gầu tải 4 đưa lên thiết bị lọc kim loại 6 Sau khi lọc kim loại xong, nguyên liệu tiếp tục được vít tải 2 và gầu tải 58 vận chuyển lên trên Tại đây nguyên liệu có thể đi theo 2 con đường: hoặc được vít tải 21 đưa tới hệ cân định lượng luôn, hoặc được vận chuyển tới các silo chứa nhờ vít tải 30 Công việc này được thực hiện bởi
2 van 20 Trên băng chuyển 30, nguyên liệu có thể được đổ vào 4 silo: 35, 36, 37 hoặc 38 tuỳ vào việc đóng hay mở các van: 31, 32, 33, 34 hoặc 35 tương ứng Mỗi silo có thể chưa tối đa 1000 tấn nguyên liệu, tuy nhiên để đảm bảo an toàn cũng như tuổi thọ cho các silo, trong thực tế nhà máy chỉ chứa khoảng 300 đến 500 tấn nguyên liệu Và thông thường chúng dùng để chứa ngô là chủ yếu Còn các loại nguyên liệu khác như khoai, sắn, đậu tương, vi lượng… được nhà máy để trong các nhà kho
1.3.4 Quá trình đưa nguyên liệu tới hệ cân định lượng
Tương tự việc chuyển nguyên liệu vào các nhà kho dự trữ của nhà máy Quá trình lấy nguyên liệu ra và vận chuyển tới các hệ cân định lượng cũng có thể thực hiện theo 2 cách: có thể lấy nguyên liệu từ các silo chứa, hay lấy nguyên liệu trực tiếp từ trong kho của nhà máy
Trong trường hợp nguyên liệu được lấy ra từ các silo chứa, đầu tiên nguyên liệu sẽ được xả xuống băng chuyền 39 Mỗi silo có 3 cửa xả và 1 quạt gió tương ứng với các cặp 35, 36, 37, 38 Tuỳ thuộc vào lượng nguyên liệu cần thiết và thời gian mà người kỹ sư có thể sử dụng các cửa xả cho hợp lí Ở đây ta có chế độ mở 3 cửa hay mở 1 cửa, tuy nhiên cho dù sử dụng chế độ nào thì cửa xả ở chính giữa cũng phải được bật đầu tiên Sau khi nguyên liệu được xả xuống băng chuyển 39, nguyên liệu tiếp tục được gầu tải 19 chuyển lên băng tải 21 và đổ xuống các silo
Trang 21trong hệ cân định lượng, trong quá trinh này van 20 cho phép nguyên liệu vào các silo phải được đóng lại
Ngoài cách lấy nguyên liệu phục vụ cho dây chuyền sản xuất từ trong các silo chứa của nhà máy, nguyên liệu còn có thể được vận chuyển bằng con đường khác Đó là vận chuyển từ trong nhà, nguyên liệu ở trong nhà dưới dạng bao chứa
sẽ được các công nhân của nhà máy vận chuyển tới các máng đổ Nguyên liệu sau khi đổ vào máng sẽ được đưa qua hệ thống hút bụi 52, 54, 56 Tiếp theo nguyên liệu được gầu tải 58 chuyển lên và đưa vào thiết bị lọc kim loại 60 Sau đó nguyên liệu được băng tải 61 vận chuyển tới các silo trong hệ cân đinh lượng nhờ các van tương ứng
1.3.5 Công đoạn cân định lượng
Hình 1 9: Công đoạn cân định lượng
Nguyên liệu từ 4 silo ngoài trời 35, 36, 37, 38 và các bộ phận nhập liệu trong nhà (có thể được đưa qua hệ thống lọc bụi và sàng lọc nguyên liệu hoặc không
Trang 22tuỳ vào yêu cầu và nguyên liệu) sẽ được đưa vào các silo để tiến hành công đoạn cân định lượng Tùy loại thức ăn cần sản xuất, các thành phần thức ăn sẽ được chứa trong các silo 201, 202, 203, 204 đối với hệ cân 500 kg (C1), và từ các silo 205 Æ
214 đối với hệ cân 2000 kg (C2)
Người ta sử dụng 2 hệ cân với giải đo khác nhau do yêu cầu công nghệ và của từng bài toán cụ thể khác nhau để đáp ứng tốt hơn về chỉ tiêu chất lượng và kinh tế Cân nhỏ (C1) có độ chính xác cao hơn được dùng để cân các nguyên liệu đắt tiền (vd: bột cá, bột tôm v.v ) đòi hỏi độ chính xác cao để tiết kiệm nguyên liệu
có thể bị dư thừa một cách lãng phí Còn hệ cân lớn (C2) có độ chính xác thấp hơn thì được dùng để cân các loại nguyên liệu bình thường có kích thước và trọng lượng lớn hơn (vd: ngô, sắn, khoai v.v )
Khối lượng các thành phần nguyên liệu sẽ được xác định một cách tương đối khi nhập liệu và trước khi đưa và silo chứa này Các thành phần nguyên liệu sau khi được chứa trong các silo tương ứng sẽ được nhập lần lượt vào thùng cân C1, C2 nhờ các vít tải V201 – V214 ở đáy các silo chứa các thành phần Hai hệ cân này làm việc theo nguyên tắc cộng dồn có hiển thị giá trị tức thời của trọng lượng nguyên liệu trên thùng cân Với cách điều khiển bằng tay, tương ứng với mỗi loại thức ăn
có một thực đơn có sắn, người vận hành chỉ việc ấn nút và đọc chỉ số, khi thấy đạt yêu cầu thì buông tay và nhập nguyên liệu khác Còn với cách điều khiển tự động người điều khiển chỉ cần nhập các thông số cần thiết (vd: khối lượng các thành phần nguyên liệu v.v ) còn việc cân định lượng và các quá trình sẽ được điều khiển một cách tự động
Trên sơ đồ công nghệ nguyên liệu sau khi được cân ở hệ nhỏ sẽ qua van 216 tới băng truyền 218 rồi qua van 219 đến gầu tải 222 Nếu nguyên liệu ở hệ thống cân định lượng lớn nó sẽ được băng tải 219 vận chuyển trực tiếp đến gầu tải 222 Nhưng trên thực tế là nguyên liệu sau khi được cân xong tại 2 hệ cân thì nguyên liệu từ cân nhỏ sẽ được xả trực tiếp xuống thùng cân 2 sau đó sẽ được băng tải 218 vận chuyển trức tiếp tới gầu tải 222 để thực hiện công đoạn tiếp theo
Trang 23Hình 1 10: Cách bố trí thực tế hệ cân C1 và C2
Vì thế hệ cân lớn giá trị cân max danh định là 2000kg nhưng thực tế là hệ cân này chỉ cân max 1500kg trực tiếp nguyên liệu từ các silo 205Æ214 vì phải nhận thêm nguyên liệu từ hệ cân nhỏ C1 xả xuống
Trang 241.3.6 Quá trình nghiền và trộn liệu
Hình 1 11: Công đoạn nghiền trộn
Trang 25
Nguyên liệu sau khi được cân định lượng xong chúng được chuyển xuống
hệ thống băng tải, gầu tải đưa vào trong silo chứa 300 qua van 303 sẽ được đưa vào máy nghiền 310
Trong máy nghiền có các hệ thống bi, máy nghiền được được quay bởi động
cơ công suất lớn 200 kw Khi bi quay thì nguyên liệu cũng quay theo, dưới tác dụng của trọng lực bi rơi từ trên xuống đập vào nguyên liệu làm nguyên liệu vỡ ra dưới dạng bột Thời gian nghiền của máy nghiền khoảng 6 phút
Sau khi nghiền nguyên liệu dưới dạng bột sẽ được xả xuống silo bên dưới
và qua van 315 xuống buồng trộn Tại đây thì các thành phần vi lượng có thể được cho thêm vào buồng trộn qua bộ phận nạp 317 (vd: một số chất phụ gia, vitamin ) tuỳ theo yêu cầu của từng loại thức ăn cần sản xuất Mục đích của máy trộn là làm cho các nguyên liệu đồng đều với nhau Nguyên liệu sau khi trộn xong sẽ được tháo xuống băng tải qua van 351 xuống băng tải 353 Tại đây thì nguyên liệu có thể được vận chuyển đi dọc theo hai đường và tùy vào từng loại thức ăn cần rỉ mật thì được xả xuống máy trộn 355 qua van 354 Tại đây rỉ mật lưu kho sẽ được vận chuyển đến bình chứa qua van 941 và đến máy trộn rỉ mật tại máy này thì rỉ mật được phun đều với nguyên liệu đã nghiền và trộn trên
Nếu loại thức ăn không cần rỉ mật thì thì van 354 sẽ được đóng lại và được băng truyền vận tải tới gầu tải 358, và loại thức ăn sau khi đã được trộn rỉ mật thì cũng được chuyển qua máy vừa trộn vừa đẩy 355 đến gầu tải 358 Tại đây có thể thêm các phụ gia cần thiết qua máng đổ và van 357
Trang 261.3.7 Quá trình ép viên xẻ mảnh
Hình 1 12 Công đoạn ép viên xẻ mảnh
Trang 27Thức ăn sau khi nghiền trộn ở dạng bột, nếu loại thức ăn nào cần sản phẩm
ở dạng hạt thì từ gầu tải sẽ nhờ băng tải 359 vận chuyển đến hệ thống ép viên xẻ mảnh
Bột liệu sẽ được vận chuyển xuống silo 401 Bột liệu từ silo 401 sẽ được các vít tải vận chuyển đến các bộ phận trung gian nhờ các vít tải 410 và các máy vừa trộn vừa đẩy 420, 422, 423 Các nguyên liệu thừa hoặc tái chế có thể sẽ được cấp thêm vào từ silo 443 qua van xả cấp xuống vít tải 410 và sẽ được phun thêm nước, hơi nước hoặc rỉ mật Mục đích của việc phun nước và rỉ mật sẽ làm cho nguyên liệu nhão ra và dễ kết dính lại với nhau Sau đó sẽ được tiếp tục vận chuyển đến máy ép viên (tuỳ vào từng loại thức ăn mà nguyên liệu có thể được vận chuyển qua
422 hay 423 rồi mới xuống máy ép viên)
Máy ép viên EV hoạt động trên nguyên lý dùng một động cơ qua và ép nguyên liệu qua một màng đã được đục lỗ sẵn, nguyên liệu sau khi qua máy ép viên
sẽ có dạng sợi mảnh dài Bản thân trong máy ép viên đã bao gồm luôn bộ phận xẻ mảnh
Sau khi ép viên thì sản phẩm có nhiệt độ khoảng 800C nếu để lâu ở nhiệt độ này thì các Vitamin và hơi nước sẽ bay hơi hoặc bị phân hủy do đó cần phải làm lạnh nguyên liệu
Buồng làm lạnh còn có tác dụng làm cho sản phẩm trở nên đông cứng nguyên liệu từ máy xẻ mảnh sẽ được tự động rơi xuống máy làm lạnh nhờ các van chức năng Buồng lạnh có 2 sensor báo mức: Một sensor báo nguyên liệu đã đầy không cho tiếp và buồng lạnh và một sensor báo mức đã sẵn sàng của máy lạnh đã hoạt động Buồng lạnh được làm lạnh bằng một hệ thống quạt thông hơi (443 và 442) 443 và 442 vừa có chức năng làm lạnh lại vừa làm chức năng thông khí lọc bụi, khí thải sẽ được thải ra ngoài còn các nguyên liệu thất thoát sẽ được thu hồi cấp trở lại cho quá trình sản xuất
Nguyên liệu sau khi qua buồng lạnh có thể được vận chuyển theo hai đường , nếu nguyên liệu đã đạt yêu cầu và không cần sử lí thêm thì sẽ được đua trực tiếp xuống băng tải 481 hoặc nếu do yêu cầu bài toán cần những loại thức ăn với độ hạt
Trang 28nhỏ hơn (vd: chế biến thức ăn cho những vật nuôi nhỏ như lợn con v.v ) thì nguyên liệu sẽ được đưa tới tới bộ phận xẻ mảnh 460
Máy xẻ mảnh sẽ dùng một hệ thống dao cắt gắn trên hai trục quay ngược chiều nhau để cắt sản phẩm ra dưới dạng viên nhỏ
1.3.8 Hệ thống đóng bao
Hình 1 13 Hệ thống đóng bao
Trang 29Tại khâu đóng bao thì sản phẩm đầu ra sẽ có 2 dạng là dạng bột và dạng hạt Với thức ăn đóng bao dạng bột thì nguyên liệu sẽ được cấp trực tiếp luôn từ băng tải
và gầu tải 268 ngay sau quá trình nghiền trộn còn nếu sản phẩm yêu cầu ở dạng hạt thì nguyên liệu sẽ được cấp từ gầu tải 482 (sau khi qua công đoạn ép viên xẻ mảnh) thông qua hệ thống sàng lọc nguyên liệu 463 Tại máy sàng 470 chỉ những sản phẩm đủ tiêu chuẩn (kích cỡ) mới được cho đi qua xả xuống chứa trong các silo
801, 802, 803, 804 để phục vụ cho quá trình đóng bao tiếp theo còn các sản phẩm không đủ tiêu chuẩn có thể được vận chuyển trở về silo 443 để cấp liệu lại cho quá trình ép viên xẻ mảnh tiếp tiếp theo
Hệ thống đóng bao này sẽ được phân ra làm 3 loại 50 kg, 25 kg, 5 kg Khi đóng bao thì người công nhân chỉ việc ấn nút trên bộ phận van xả Các pitong khí nén sẽ kéo các van ở đáy silo và cho sản phẩm rơi xuống bao theo khối lượng đình trước có thể điều khiển trên lưu đồ công nghệ
Trang 30CHƯƠNG 2: GIẢI PHÁP CẤP LIỆU VÀ ĐỊNH LƯỢNG 2.1 Vai trò của hệ cấp liệu và cân định lượng
Hệ cân định lượng và cấp liệu có vai trò hết sức quan trọng trong công nghiệp,
nó đảm bảo yêu cầu về tỷ lệ thành phần các loại nguyên liệu trong sản phẩm, đảm bảo khối lượng sản phẩm đóng gói… Trong giai đoạn hiện nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của việc tự động hóa các quá trình công nghệ, việc tự động hóa hệ thống cân định lượng và cấp liệu là một yêu cầu không thể thiếu, đã và đang được thực hiện ở hầu hết các ngành công nghiệp chế biến và đóng gói sản phẩm
Dây chuyền sản xuất thức ăn chăn nuôi của Nhà máy thức ăn chăn nuôi gia súc Ngọc Hồi, hệ thống cân định lượng và cấp liệu được tự động hóa hoàn toàn Nó đảm bảo cho chất lượng của sản phẩm thức ăn chăn nuôi gia súc, gia cầm đạt yêu cầu về dịnh dưỡng, khối lượng của từng nguyên liệu trong một đơn vị khối lượng thức ăn có thể thay đổi phù hợp với từng loại vật nuôi Số lượng nguyên liệu cũng
có thể thay đổi theo từng loại sản phẩm sản xuất ra
2.2 Cấp liệu
2.2.1 Giới thiệu chung
Ở hầu hết các dây chuyền sản xuất tự động, vật liệu thường được vận chuyển
từ bộ phận này sang bộ phận khác để thực hiện các nguyên công tiếp theo Trong quá trình vận chuyển vật liệu thường phải qua các công đoạn như kiểm tra, đo đếm, phân loại, chia tách …
Thực hiện được tất cả các công việc này một cách tự động có ý nghĩa rất lớn trong việc nâng cao năng suất, chất lượng của dây chuyền sản xuất
Thông thường, tự đông hóa quá trình cấp liệu bao gồm các bộ phận:
+ Đưa vật liệu lên bằng chuyền
+ Vận chuyển
+ Đo lường
+ Phân loại
Trang 31Cơ cấu đưa vật liệu lên băng chuyền: có nhiệm vụ định hướng vật liệu trong
không gian và cứ cách một thời gian nhất định lại chuyển vật liệu cho cơ cấu vận chuyển
Cơ cấu vận chuyển: có nhiệm vụ di chuyển vật theo thứ tự từ vị trí này đến
vị trí khác Trong quá trình vận chuyển tùy theo yêu cầu công nghệ, nếu phải quay vật thì cần có cơ cấu riêng để đảm nhận chức năng này
Cơ cấu đo lường: thực hiện nhiệm vụ chủ yếu là đo, đếm, kiểm tra cá thông
số công nghệ cần thiết và thường có thêm cơ cấu để loại bỏ vật liệu không phù hợp
Cơ cấu phân loại: có nhiệm vụ phân loại vật liệu và đưa chúng vào những
máng tương ứng
Tất cả các băng vận chuyển tự động đều có một hoặc một số cơ cấu nói trên
và cũng tùy thuộc vào sự có mặt của các cơ cấu đó mà đánh giá mức độ tự động hóa của băng chuyền
2.2.2 Cơ cấu đưa vật liệu lên băng chuyền
Đối với vật liệu rời, khi đưa lên băng chuyền phải đảm bảo điều tiết đuợc lưu lượng Tùy theo tính chất của vật liệu như kích thước hạt, độ bám dính giữa các hạt
mà quyết định phương pháp cấp liệu Thông thường cơ cấu cấp liệu gồm phễu chứa vật liệu và cơ cấu điều tiết lưu lượng
Một số cơ cấu đưa vật liệu lên băng chuyền:
• Gầu tải: để đưa vật liệu lên cao
Hình 2 1: Gầu tải đưa liệu lên băng chuyền trên cao
Trang 32• Vít tải: thường được sử dụng để đưa vật liệu theo phương ngang.
Hình 2 2: Cấu tạo của vít tải
2.2.3 Cơ cấu vận chuyển liệu
Để vận chuyển vật liệu từ công đoạn này đến công đoạn khác trong quá trình sản xuất, ta sử dụng nhiều phương pháp khác nhau, việc sử dụng phương pháp nào phụ thuộc vào các điều kiện cụ thể của công nghệ
* Các cơ cấu vận chuyển cố định
Phần lớn trường hợp ta bố trí các cơ cấu vận chuyển cố định như băng tải, băng xích, hệ thống ròng rọc, hệ thống con lăn, các máng trượt, xe trượt trên đường ray…
Đặc điểm của loại vận chuyển này là nó là một nguyên công trong quá trình sản xuất nên phải được thiết kế sao cho đồng bộ với các máy móc khác hoặc các thao tác của con người
Việc điều khiển các hệ thống này chủ yếu là đảm bảo thời gian vận chuyển còn tốc độ thường không đổi, ở một số trường hợp có thể yêu cầu đảo chiều
Một số loại băng tải thường được sử dụng:
Trang 33Hình 2 3: Cơ cấu xích tải
* Máng chuyển
Có thể phân làm 2 loại chính: máng thẳng và máng cong, mỗi loại đó lại được chia thành nhiều loại nhỏ như: thẳng, cong, xoắn ốc trong không gian, xoắn ốc mặt phẳng, hình Z, … sử dụng loại nào là tùy theo dung lượng vật liệu
Mặt cắt máng có quan hệ với hình dáng vật liệu, cách định hướng vật liệu hoặc cách di chuyển chi tiết (trượt hoặc lăn)
Việc đẩy chi tiết đi có thể nghiêng máng, dùng lò xo, dùng lực đẩy bên ngoài, dùng cách chấn động (rung) … Vấn đề di chuyển vật liệu trong máng cần được chú ý vì trong thực tế có thể vật liệu bị kẹt, không di chuyển được
Ảnh hưởng đến lưu thông vật liệu thường là các yếu tố sau:
- Kích thước của khe hở giữa máng và vật liệu, tỷ lệ 1/D của vật liệu
- Độ dốc của máng
- Độ bóng, hệ số ma sát của máng và vật liệu
- Hình dáng bên ngoài và mặt đầu của vật liệu
2.3 Định lượng
2.3.1 Cấu trúc và nguyên lý họat động của hệ cân định lượng
Trong thực tế các hệ cân định lượng không giống nhau Nó phụ thuộc vào các nguyên liệu đầu vào, đầu ra, chính vì vậy các loại cân định lượng cũng phải có đặc thù cấu trúc khác nhau để đảm bảo phù hợp với yêu cầu của quá trình công
Trang 34nghệ Độ chính xác của cân định lượng của không hoàn toàn giống nhau, sai số của
nó tùy thuộc vào nhà sản xuất
Tùy thực tế sử dụng, các loại cân định lượng có thể có cấu trúc khác nhau nhưng nguyên lý hoạt động chung của chúng là giống nhau, ta có thể thấy trên sơ đồ khối sau:
Hình 2 4: Sơ đồ nguyên lý hoạt động chung của cân định lượng
2.3.2 Giải pháp định lượng liên tục
Hình 2 5: Giải pháp định lượng liên tục
Giải pháp cân định lượng liên tục sẽ cân đồng thời các nguyên liệu và định lượng các nguyên liệu cấp vào bằng việc điều khiển tốc độ quay của băng tải để cập được các lượng nguyên liệu theo tỉ lệ khối lượng đã đặt trước Ưu điểm của phương pháp này là nhanh còn nhược điểm là dễ gây sai số trong quá trình đo
Trang 352.3.3 Giải pháp định lượng gián đoạn
Hình 2 6: Thiết bị định lượng làm việc gián đoạn
Giải pháp cân định lượng gián đoạn sẽ cân từng loại nhiên liệu và cộng dồn lại sau đó mới chuyển chúng tới máy trộn
Máng rung cấp liệu số 1 được lắp đặt dưới Bunke 2 có nhiệm vụ theo chu kì (thường chu kỳ 1 phút) cấp liệu cho phễu cân số 4, quá trình cấp liệu chỉ dừng khi
có tín hiệu phản hồi từ trung tâm điều khiển số 9 thường trong khoảng thời gian ≤
Trang 3630 giây Bắt đầu từ giây thứ 31 máng rung xả liệu số 6 có nhiệm vụ xả liệu từ Bunke cân ra băng tải 7, quá trình xả liệu chỉ dừng lại khi có tín hiệu điều khiển từ trung tâm điều khiển (máy tính) số 9, thường trong khoảng thời gian ≤ 30 giây Toàn bộ Bunke cân số 4 và máng rung xả liệu số 6 được treo trên 3 cảm biến số 5 Các tín hiệu từ cảm biến số 5 qua bộ khuếch đại số 8 và bộ chuyển đổi số 11 được đưa vào thiết bị điều khiển số 9 là máy tính trung tâm, tại đây máy tính sẽ nhận biết được trọng lượng của phễu cân sau khi máng rung số 1 đã nạp liệu và nhận biết được trọng lượng phễu cân sau khi máng rung xả liệu 6 đã thực hiện xong quá trình
xả liệu Hiệu số giữa hai lần nạp và xả liệu được máy tính ghi nhận và so sánh với trọng lượng tiêu chuẩn theo yêu cầu phải cân, giá trị sai số khối lượng sẽ được nhớ
để quá trình điều khiển cân tiếp theo
Quá trình điều khiển tiếp tục theo chương trình đã định sẵn
Tổ hợp các hệ thống cân này cho ta một hệ thống cân cấp liệu
- Ưu điểm: Khả năng hiệu chỉnh cân rất nhanh chỉ cần 30 phút là hiệu chỉnh xong, trong khi các loại cân băng tải cần 3-4 giờ Độ chính xác cũng cao hơn cân băng tải, đạt khoảng 3% sai số (do nguyên lý cân theo phương pháp cân tĩnh)
- Nhược điểm: Tính ổn định của thiết bị không cao gây ồn, gây bụi, liệu cấp nếu không có giải pháp sẽ không liên tục, ảnh hưởng đến quá trình nghiền
2.4 Phương pháp nâng cao độ chính xác quá trình cân định lượng
2.4.1 Các yêu tố gây sai số kết quả cân
Trong dây chuyền sản xuất thức ăn chăn nuôi, các thành phần nguyên liệu từ các silo chứa, qua các vít tải chảy xuống silo cân và được cân bởi bàn cân có gắn các Loadcell Sau khi cân đủ khối lượng cần thiết thì nguyên liêu được xả xuống thùng chứa và chuyển sang công đoạn khác Ngoài các yêu tố sai số do thiết bị thì thông thường, các yếu tố ảnh hưởng tới sai số cân bao gồm:
+ Tốc độ dòng chảy nguyên liệu thay dổi Do đặc tính vít tải, độ ẩm, đặc tính nguyên liệu cân
Trang 37+ Độ rung động do nguyên liệu rơi xuống silo cân Dẫn đến số liệu đọc
từ hệ cân không ổn định và gây ra sai số cân
+ Khoảng cách, tốc độ rơi của nguyên liệu từ các vít tải xuống silo cân
Do nguyên liệu cân sau khi qua vít tải rơi xuống silo cân gọi là cột rơi Tại thời điểm đọc giá trị trên cân thì lượng nguyên liệu này chưa rơi xuống cân hoặc chưa tác động đến giá trị cân thì lượng nguyên liệu này chưa rơi xuống cân hoặc chưa tác động đến giá trị đọc và gây sai số dấn đến giá trị thực cao hơn giá trị đọc được từ hệ cân trong quá trình cân
+ Độ trễ của các cơ cấu chấp hành Khi bộ điều khiển ra lệnh đóng thì các vít tải không đóng tức thời mà phải sau một khoảng thời gian trễ, do việc thực thi chương trình, quá tính cơ học Do đó nó sẽ làm giá trị thực cao hơn so với giá trị đọc được
Trong các yêu tố gây sai số của quá trình cân thì hai yếu tố có ảnh hưởng rất lớn đến sai số cân Thực tế gọi là sai số cột rơi Để hạn chế được các sai số này, trong hệ thống cân ta cần đưa các giá trị hiểu chỉnh vào để hiểu chỉnh hệ thống sao cho đạt được sai số trong giới hạn cho phép
2.4.2 Phương pháp nâng cao độ chính xác quá trình cân
• Cân khối lượng một nguyên liệu
Trên cơ sở phân tích các nguyên nhân gây ra sai số cân, phương pháp nâng cao độ chính xác quá trình cân thực chất là giảm thiểu thậm chí là loại bỏ ảnh hướng của các yếu tố gây sai số, cụ thể :
- Đối với sai số gây ra do sự rung động khi nguyên liệu rơi xuống silo cân,
do nhiễu của bản thân hệ cân, cần sử dụng bộ lọc giá trị đầu vào, giá trị cân do PLC đọc từ hệ cân là giá trị số nên có thể sử dụng phương pháp đơn giản là lấy 2 đến 3 giá trị gần nhất đọc được chia trung bình lấy kết quả làm giá trị thực
Giả sử PLC đọc giá trị cân từ hệ cân theo chu kỳ T = 50ms, kết quả lần đọc thứ n là x(n), giá trị cân được tính bằng :
x’(n) = 0.5*(x(n) + x(n-1)); (1)
Trang 38- Đối với sai số cột rơi, sai số do độ trễ của cơ cấu chấp hành, có thể giảm thiểu bằng phương pháp sau :
- Giả thiết : 1) Vít tải là van đóng mở kiểu on-off
2) Cột rơi có thể tích V
3) Nguyên liệu cân trong cột rơi có khối lượng riêng D
Như vậy, sai số cân do cột rơi, trễ của cơ cấu chấp hành, đặc tính vật liệu có thể gộp lại và được tính bởi công thức:
m = V*D (kg) (2)
Thực tế, V là phần thể tích nguyên liệu tính từ lúc chương trình điều khiển ra lệnh đóng vít tải, D là khối lượng riêng nguyên liệu phụ thuộc vào mật độ cột rơi và đặc tính nguyên liệu(độ ẩm…)
Bản chất hệ thống cân và PLC trao đổi dữ liệu bằng số nên khối lượng m xác định trong (2) hoàn toàn mang tính lý thuyết, làm cơ sở xây dựng phương pháp giảm sai số
Giả sử cần cân khối lượng nguyên liệu là x0, khi chương trình điều khiển đọc được giá trị x0 từ hệ cân sẽ ra lệnh đóng vít tải, nhưng do có độ trễ và cột rơi nên khối lượng nguyên liệu thực tế ở silo cân là x1>x0, sai số cân là :
dx = x1 – x0 (3)
dx chính là đại diện của m trong (2) còn gọi là giá trị offset
Do đó, để khối lượng nguyên liệu được cân đúng là x0, thì giá trị đặt khi cân là: x1’ = x0 – dx (4)
Trong (2) ta thấy, ngoài việc dx phụ thuộc vào V là đại lượng hầu như không thay đổi (đối với 1 hệ cân), dx phụ thuộc vào D, tức là phụ thuộc mật độ cột rơi, độ ẩm của nguyên liệu cân, do trong quá trình vận hành, D có thể thay đổi dẫn đến dx cũng thay đổi, vì vậy giá trị dx cần được cập nhật trong quá trình cân
Trang 39Như trên hình vẽ ta thấy, đối với 2 đường đặc tính nguyên liệu khác nhau, tức là mật độ cột rơi khác nhau, độ ẩm nguyên liệu khác nhau thì trong cùng khoảng thời gian t1 tương ứng cùng thể tích nguyên liệu qua vít tải, khối lượng nguyên liệu cân được cũng khác nhau, ta có :
k = x1 : x2 = D1 : D2 (5) Coi V không đổi ta cũng có:
k = dx1 : dx2 (6) Như vậy, từ các công thức (4), (5), (6) ta có thể cân đúng được khối lượng nguyên liệu x0 nếu biết :
1) Giá trị đọc từ hệ cân x2 2) Sai số cân thử dx1 3) Độ thay đổ khối lượng riêng k
Hình 3: Phương pháp giảm sai số cột rơi
Trang 40x0 = x2 + (dx1 : k) hay: x2 = x0 – (dx1 : k) (7)
Vấn đề còn lại là phải xác định hệ số k trong công thức (7)
Từ (5) cho ta một các để xác định k, k chính là độ thay đổi khối lượng nguyên liệu qua vít tải trong một đơn vị thời gian của lần cân hiện tại so với lần cân thử.Trước
đó giả thiết rằng khi cân thử khối lượng nguyên liệu x0 trong khoảng thời gian t0, ở lần cân hiện tại giá trị cần cân là x, khi giá trị cân được là x/2 mất khoảng thời gian
là t, ta có :
k = (x0 : t0) : (x : (2*t)) = 2*x0*t : x : t0 (8) Đối với một lần cân thì các giá trị x0, t0, x, t là xác định được, do đó k xác định được theo (8) Giá trị cần cân được xác định theo (7)
• Cân một mẻ cân
Do các bố trí các silo cân và silo cấp liệu trong dây chuyền công nghệ, đối với một mẻ cân, các nguyên lieu được cân theo kiểu cộng dồn từng nguyên liệu cho đến khi đủ một mẻ cân thì hỗn hợp nguyên liệu mới được băng tải vận chuyển đến công đoạn nghiền Mặt khác, các nguyên liệu khác nhau thỉ tỉ trọng khối lương trong một
mẻ cân khác nhau tương đối nhiều, để đảm bảo chính xác khối lượng các nguyên liệu trong một mẻ cân, cần phải có một trình tự hợp lý:
- Thành phần nguyên liệu có tỉ trọng khối lượng nhỏ thì dùng cân nhỏ
- Cân lần lượt các nguyên liệu có tỉ trong khối lượng từ nhỏ đến lơn
- Giữa các lần cân cần đảm bảo khoảng thời gian trễ hợp lý sao cho giá trị khối lượng nguyên liệu được cân trong lần cân đó là giá trị thực, không còn sai số do cột rơi và độ khô ẩm gây ra
Giá trị thực cân của các nguyên liệu có thể vẫn khác so với tính toán, tuy nhiên, do việc áp dụng thuật toán cho một lần cân ở trên nên sai số đã được giảm, mặt khác, do trình tự cân từ nguyên liệu có tỉ trọng khối lượng từ nhỏ nhất đến lớn nhất dẫn tới sai số cân của nguyên liệu nhỏ được bù vào khối lượng nguyên liệu có
tỉ trọng lớn, sai số của một mẻ cân được giảm đến mức tối đa theo thuật toán điều khiển
