Nghiên cứu xây dựng mô hình cân bằng định lượng trong phòng thí nghiệm điện công nghiệp trường cao đẳng nghề mỏ hữu nghị vinacomin

Do đó việc nghiên cứu xây dựng mô hình cân băng định lượng đảm bảo tính thực tiễn cao, đáp ứng sát yêu cầu thực tế của quá trình tự động hóa cân, đo và giám sát tải trọng các nguyên vật

NGUYỄN VĂN BÌNH

NGHIÊN CỨU Y D NG M HÌNH C N BĂNG ĐỊNH Ư NG TRONG PH NG TH NGHI M ĐI N C NG NGHI P TRƯỜNG CAO Đ NG NGH MỎ H U NGHỊ - VINACOMIN

UẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2014

NGUYỄN VĂN BÌNH

NGHIÊN CỨU Y D NG M HÌNH C N BĂNG ĐỊNH Ư NG TRONG PH NG TH NGHI M ĐI N C NG NGHI P TRƯỜNG CAO Đ NG NGH MỎ H U NGHỊ - VINACOMIN

Ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

Mã số: 60520216

UẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS ĐẶNG VĂN CH

HÀ NỘI - 2014

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu của tôi, có sự hỗ trợ từ thầy hướng dẫn và những người tôi đã cảm ơn Các nội dung nghiên cứu và kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nào

Hà Nội, ngày 10 tháng 10 năm 2014

Tác giả

Nguyễn Văn Bình

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG 5

DANH MỤC HÌNH VẼ 6

MỞ ĐẦU 9

CHƯƠNG 1: Giới thiệu tổng quan về phòng thí nghiệm điện công nghiệp trường Cao đẳng nghề mỏ Hữu Nghị-Vinacomin 12

1.1 Lịch s hình thành và phát tri n 12

1.2 Cơ cấu tổ chức 13

1.3 Giới thiệu tổng quan phòng thí nghiệm Điện công nghiệp 14

CHƯƠNG 2: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết hệ thống cân băng định lượng hiện nay 18 2.1 Đặt vấn đề 18

2.2 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của cân băng định lượng 23

2.2.1 Sơ đồ cấu tạo 23

2.2.2 Nguyên lý hoạt động: 24

2.2.3 Nguyên lý tính lưu lượng 26

2.2.4 Chuẩn bì 27

2.2.5 Điều chỉnh cấp liệu cho cân băng 28

2.3 Nhận xét 29

CHƯƠNG 3: Tính chọn các thiết bị, lắp đặt, xây dựng mô hình cân băng định lượng 30

3.1 Tính chọn các thiết bị trong mô hình cân băng định lượng 30

3.1.1 Vai trò của các phần t trong mô hình 30

3.1.2 Tính chọn các thiết bị trong mô hình cân băng tự động 31

3.1.2.1 Tính toán, lựa chọn PLC 31

3.1.2.2 Tính toán, lựa chọn biến tần 36

3.1.2.3 Tính toán, lựa chọn động cơ truyền động băng tải 48

3.1.2.4 Tính toán, lựa chọn Encoder 51

3.1.2.5 Tính toán, lựa chọn Loadcell 54

3.1.2.6.Tính toán, lựa chọn môđun mở rộng 56

3.1.2.7.Tính toán, lựa chọn màn hình hi n thị 64

3.2 Lắp đặt, xây dựng mô hình cân băng định lượng 66

3.2.1 Lắp đặt, xây dựng phần cơ khí 66

3.2.2 Lắp đặt, xây dựng phần điện 71

3.3 Sơ đồ kết nối mạch điện 72

3.3.1 Sơ đồ kết nối mạch điện điều khi n ( phụ lục 1) 72

3.3.2 Sơ đồ kết nối mạch điện động lực ( phụ lục 2) 72

3.4 Nhận xét 73

CHƯƠNG 4: Xây dựng lưu đồ thuật toán 74

4.1 Xây dựng lưu đồ thuật toán và viết chương trình điều khi n 74

4.1.1 Lưu đồ thuật toán 74

4.1.1.1 Chương trình chính 74

4.1.1.2 Chương trình ki m tra lỗi hệ thống 75

4.1.1.3 Chương trình truyền động băng tải điều khi n bằng tay 76

4.1.1.4 Chương trình điều khi n tự động 77

4.1.1.5 Chương trình tính lưu lượng 78

4.1.2 Bảng symbol 79

4.1.3 Chương trình PLC 79

4.1.3.1 Chương trình chính 79

4.1.3.2 Chương trình khởi tạo 81

4.1.3.3 Chương trình ki m tra và hi n thị lỗi 82

4.1.3.4 Chương trình truyền động bằng tay 83

4.1.3.5 Chương trình truyền động tự động 84

4.1.3.6 Chương trình tính toán vận tốc băng tải 84

4.1.3.7 Chương trình x lý giá trị Loadcell và tính toán sản lượng 85

4.1.3.8 Chương trình tính toán PID sản lượng và điều khi n biến tần 86

4.1.3.9 Chương trình hi n thị vận tốc và khối lượng ra màn hình 86

4.1.4 Cài đặt biến tần 87

4.2 Giao diện điều khi n và giám sát mô hình 88

4.2.1 Thiết lập các dự án mới và nhóm Tag 88

4.2.2 Giao diện điều khi n và giám sát 88

4.2.2.1 Tổng quan về Wincc 88

4.2.2.2 Chức năng và nhiệm vụ của giao diện 89

4.2.2.3 Truyền thống kết nối PLC và giao diện 90

4.2.2.4 Giao diện màn hình lưu trữ dữ liệu và vẽ bi u đồ sản lượng 91

4.3 Kết quả hệ thống làm việc 92

4.3.1 Khi hệ thống làm việc bình thường 92

4.3.2 Khi hệ thống dừng làm việc 95

4.3.3 Khi hệ thống bị sự cố 96

4.3.3.1 Khi hệ thống gặp sự cố lệch băng 96

4.3.3.2 Khi hệ thống gặp sự cố trùng băng 97

4.3.4 Bi u đồ sản lượng của băng tải qua theo thời gian 98

4.4 Nhận xét 99

KẾT LUẬN 100

TÀI LIỆU THAM KHẢO 102

PHỤ LỤC 103

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1: Bảng thông số kỹ thuật PLC S7-200 CPU 222 32

Bảng 3.2: Bảng thông số kỹ thuật biến tần 38

Bảng 3.3: Bảng hiển thị trạng thái biến tần 44

Bảng 3.4: Bảng chỉ thị tốc độ biến tần 44

Bảng 3.5: Bảng chỉ thị tải 45

Bảng 3.6: Bảng thông số kỹ thuật động cơ 49

Bảng 3.7: Bảng thông số kỹ thuật encoder 49

Bảng 3.8: Bảng thông số kỹ thuật môđun EM231 49

Bảng 3.9: Bảng định dạng dữ liệu vào EM231 60

Bảng 3.10: Bảng thông số kỹ thuật môđun EM232 63

Bảng 3.11: Bảng định dạng dữ liệu vào EM232 64

Bảng 4.1: Bảng symbol các biến trong PLC 79

Bảng 4.2 : Bảng cài đặt thông số biến tần 88

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Cơ cấu tổ chức của Nhà trường 13

Hình 1.2: Mô hình thực hành trang bị điện 14

Hình 1.3: Mô hình thực hành PLC 15

Hình 1.4: Máy tính lập trình PLC 15

Hình 1.5: Mô hình thực hành điện tử công suất 16

Hình 1.6: Mô hình thực hành điện khí nén – thủy lực 16

Hình 2.1: Cân bằng đòn cân 18

Hình 2.2: Cân bàn cơ 19

Hình 2.3: Cân đồng hồ 19

Hình 2.4: Cân móc treo 20

Hình 2.5: Cân sàn công nghiệp 20

Hình 2.6: Cân bàn điện tử 20

Hình 2.7: Cân tải trọng ôtô 21

Hình 2.8: Định lượng gián đoạn 21

Hình 2.9: Định lượng liên tục 22

Hình 2.10: Cân băng định lượng thực tế 23

Hình 2.11: Sơ đồ cấu tạo hệ thống cân băng định lượng 23

Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ cân băng định lượng 24

Hình 2.13: Mặt cắt dọc của băng 28

Hình 3.1: PLC S7-200 CPU 222 31

Hình 3.2: Hình dạng bên ngoài PLC S7-200 CPU 222 32

Hình 3.3 Sơ đồ đấu nối PLC S7-200 CPU 222 36

Hình 3.4: Biến tần EMERSON COMMANDER SK SKBD200150 37

Hình 3.5: Sơ đồ khối biến tần EMERSON 38

Hình 3.6: Sơ đồ đấu nối mạch điều khiển biến tần 38

Hình 3.7: Sơ đồ đấu nối mạch điều khiển biến tần 39

Hình 3.8: Bàn phím và hiển thị biến tần 42

Hình 3.9: Cài đặt thông số biến tần 43

Hình 3.10: Động cơ 90YS80GY22 49

Hình 3.11: Sơ đồ kết nối động cơ 50

Hình 3.12: Sơ đồ khối biến tần 50

Hình 3.13: Encoder 360 xung/vòng 51

Hình 3.14: Kích thước encoder 51

Hình 3.15: Màu dây tín hiệu 52

Hình 3.16: Sơ đồ kết nối dây tín hiệu 53

Hình 3.17: Giản đồ xung 3 kênh 53

Hình 3.18: Loadcell 53

Hình 3.19: Kích thước Loadcell 53

Hình 3.20: Sơ đồ kết nối Loadcell 53

Hình 3.21: Môđun EM231 56

Hình 3.22: Môđun EM232 57

Hình 3.23: Định dạng dữ liệu Scale 58

Hình 3.24: Thiết lập cấu hình cho EM231 59

Hình 3.25: Sơ đồ kết nối dây Môđun EM231 59

Hình 3.26: Đặc tính chuyển đổi tín hiệu Loadcell 60

Hình 3.27: Đặc tính quy đổi số giá trị khối lượng sang số nguyên 60

Hình 3.28: Đặc tính quy đổi giá trị vận tốc sang số nguyên 61

Hình 3.29: Đặc tính quy đổi giá trị sản lượng đặt sang số nguyên 61

Hình 3.30: Sơ đồ đấu nối EM232 63

Hình 3.31: Màn hình hiển thị Adtek 64

Hình 3.32: Sơ đồ đấu nối màn hình Adtek 65

Hình 3.33: Các bước cài đặt màn hình Adtek 65

Hình 3.34: Tổng thể hệ thống cân băng định lượng 66

Hình 3.35: Hình chiếu cạnh mô hình 67

Hình 3.36: Hình chiếu đứng mô hình 67

Hình 3.37: Mô hình hoàn thiện 68

Hình 3.38: Kết cấu mặt băng 68

Hình 3.39: Kết cấu tang chủ động 69

Hình 3.40: Kết cấu tang bị động 70

Hình 3.41: Sơ bố trí thiết bị trên panel 71

Hình 3.42: Bảng điều khiển mô hình 72

Hình 4.1: Lưu đồ thuật toán chương trình chính 74

Hình 4.2: Lưu đồ thuật toán chương trình kiểm tra l i hệ thống 75

Hình 4.3: Lưu đồ thuật toán chương trình điều khiển bằng tay 76

Hình 4.4: Lưu đồ thuật toán chương trình điều khiển tự động 77

Hình 4.5: Lưu đồ thuật toán chương trình tính sản lượng 78

Hình 4.6: Nhóm Tag biến trong chương trình 88

Hình 4.7: Giao diện giám sát và điều khiển hệ thống 89

Hình 4.8: Kết nối Wincc với OPC server 90

Hình 4.9: Giao diện PC Acess 91

Hình 4.10: Giao diện biểu đồ và giá trị lưu trữ sản lượng theo thời gian 91

Hình 4.11: Đặt sản lượng P đặt = 1.4 (kg/s), P thực tế = 1.40 (kg/s) 92

Hình 4.12: Đặt sản lượng P đặt = 1.7 (kg/s), P thực tế = 1.68 (kg/s) 92

Hình 4.13: Đặt sản lượng P đặt = 2.2 (kg/s), P thực tế = 2.25 (kg/s) 93

Hình 4.14: Đặt sản lượng P đặt = 2.5 (kg/s), P thực tế = 2.49 (kg/s) 93

Hình 4.15: Đặt sản lượng P đặt = 2.5 (kg/s), P thực tế = 2.50 (kg/s) 94

Hình 4.16: Đặt sản lượng P đặt = 3.1 (kg/s), P thực tế = 3.10 (kg/s) 94

Hình 4.17: Đặt sản lượng P đặt = 3.7 (kg/s), P thực tế = 3.76 (kg/s) 95

Hình 4.18: Đèn báo dừng hệ thống 95

Hình 4.19 : Khi hệ thống gặp sự cố lệch băng 96

Hình 4.20 : Khi hệ thống gặp sự cố trùng băng 97

Hình 4.21: Biểu đồ sản lượng theo thời gian 98

Hình 4.22: Mô hình hoàn thiện 99

MỞ ĐẦU

T n ấp t ết ủ ề t

Trong công nghiệp sản xuất, chế biến ngày nay, việc tự động hóa các công đoạn sản xuất ngày càng được quan tâm đầu tư phát tri n đ không ngừng nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm Trong đó, việc tự động hóa giám sát, điều khi n và cân đo các thành phần đầu vào của quá trình sản xuất hay khối lượng thành phẩm xuất kho là một trong những công đoạn có vai trò quan trọng trong các doanh nghiệp Với các nhà máy sản xuất các sản phẩm yêu cầu nhiều loại nguyên liệu đầu vào như xi măng, thức ăn gia súc, thuốc tân dược việc tự động hóa quá trình cân

đo tỉ lệ đầu vào các nguyên liệu quyết định trực tiếp đến chất lượng sản phẩm

Đ giải quyết vấn đề trên người ta s dụng hệ thống cân băng định lượng Hệ thống cân băng định lượng là một trong những khâu quan trọng giúp cho nhà máy hoạt động một cách liên tục, đảm bảo chất lượng sản phẩm

Do đó việc nghiên cứu xây dựng mô hình cân băng định lượng đảm bảo tính thực tiễn cao, đáp ứng sát yêu cầu thực tế của quá trình tự động hóa cân, đo và giám sát tải trọng các nguyên vật liệu, các sản phẩm qua băng tải trong các dây truyền sản xuất trên thực tế Qua đó giúp học sinh, sinh viên bám sát thực tiễn, giảm bớt b

ng trong quá trình làm việc thực tiễn khi mới ra trường

2 Đố tượng v p ạm v ng ên ứu

- Hệ thống cân băng định lượng

- Nghiên cứu xây dựng mô hình cân băng định lượng trong phòng thí nghiệm điện công nghiệp trường Cao đẳng nghề mỏ Hữu Nghị-Vinacomin

3 Nộ dung ng ên ứu

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết hệ thống cân băng định lượng hiện nay

- Tính chọn các thiết bị, lắp đặt, xây dựng mô hình cân băng định lượng

- Xây dựng lưu đồ thuật toán, chương trình điều khi n và giao diện điều khi n giám sát

6 Cấu trú ủ luận văn

Luận văn gồm phần Mở đầu, 4 chương, phần kết luận được trình bày trong

104 trang với 82 hình vẽ và 13 bảng

7 Lờ ảm n

Sau thời gian học lớp cao học khóa 24 tại trường Đại học Mỏ- Địa chất, tôi được tiếp cận một cách có hệ thống các kiến thức khoa học tiên tiến, hiện đại của ngành Tự động hóa xí nghiệp công nghiệp và được sự hướng dẫn chỉ bảo tận tình

của thầy TS Đặng Văn C – Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tôi đã tiến hành

nghiên cứu đề tài: “ Nghiên cứu, xây dựng mô hình cân băng định lượng trong phòng thí nghiệm điện công nghiệp trường Cao đẳng nghề mỏ Hữu Nghị- Vinacomin”

Nay bản luận văn của tôi đã được hoàn thành Nhân dịp này tôi xin chân thành cảm ơn Thầy-TS Đặng Văn Chí – Thầy giáo hướng dẫn trực tiếp, người đã đưa ra hướng nghiên cứu, tận tình giúp đ , chỉ bảo và tạo mọi điều kiện thuận lợi đ tôi hoàn thành luận văn này

Tôi xin cảm ơn tất cả các Thầy, cô giáo trường Đại học Mỏ - Địa chất đã giảng dạy, giúp đ tôi trong suốt quá trình học tập, nâng cao trình độ kiến thức

Tôi xin g i lời cảm ơn đến gia đình, tất cả bạn bè, đồng nghiệp và người thân

đã giúp đ tôi trong suốt quá trình vừa qua

Tôi xin chân thành cảm ơn

CHƯƠNG 1

GIỚI THI U TỔNG QUAN VỀ PH NG TH NGHI M ĐI N C NG NGHI P

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ MỎ H U NGH – VINACOMIN

1 Lị s n t n v p t tr ển

Năm 1975, sau khi đất nước thống nhất, một trong những nhiệm vụ trọng yếu

là đào tạo và bồi dư ng đội ngũ công nhân kỹ thuật, chuẩn bị cho công cuộc kiến thiết đất nước Và than được xác định là một ngành công nghiệp nhiên liệu mũi nhọn, nó đặc biệt quan trọng khi nước ta chưa có dầu l a Chính từ mục tiêu này, được sự giúp đ của Liên Xô, năm 1976, Trường công nhân kỹ thuật mỏ, tiền thân của Trường Cao đẳng nghề mỏ Hữu Nghị TKV đã ra đời trong muôn vàn những khó khăn Năm 1979, khóa học đầu tiên của nhà trường đã được khai giảng Khóa đầu tiên mới tuy n sinh trên 250 học sinh với 2 nghề đào tạo chính là xây dựng - khai thác mỏ và nghề vận hành thiết bị Cũng trong ngày khai giảng, trường mang tên gọi mới là Trường công nhân Mỏ Hữu Nghị Việt Xô

Năm 2006, Trường công nhân mỏ Hữu Nghị Việt Xô đã được nâng cấp thành Trường Cao đẳng nghề mỏ Hữu Nghị - TKV, đó cũng là bước chuẩn bị cho việc nâng cao công tác đào tạo nguồn nhân lực của ngành than, đáp ứng yêu cầu của tương lai Từ mô hình đào tạo theo chỉ tiêu, kế hoạch, nhà trường chuy n dần sang đào tạo theo địa chỉ thông qua hình thức ký hợp đồng với các công ty, xí nghiệp than Đến ngày 30/11/2010 Bộ LĐTB&XH có Quyết định số 1357/QĐ-LĐTBXH đổi tên Trường Cao đẳng nghề mỏ Hữu Nghị - TKV thành Trường Cao đẳng nghề

mỏ Hữu Nghị - Vinacomin

Hiện nhà trường có gần 400 cán bộ trong đó có 120 giáo viên đứng lớp, 7 nhà giáo ưu tú Số giáo viên đạt trình độ sau đại học, đại học và cao đẳng chiếm 98% Ngoài việc tổ chức bồi dư ng chuyên môn theo chuyên đề, nghiệp vụ, nhà trường còn tạo điều kiện về thời gian, kinh phí đ cán bộ, giáo viên nhà trường học cao học Hiện nay, nhà trường có 02 nghiên cứu sinh, 25 thạc sĩ, gần chục cán bộ, nhân viên đang học cao học

Trung tâm thực nghiệm mỏ Phòng kỹ thuật sản xuất

Phòng đảm bảo chất lƣợng

Phòng tuy n sinh

Phòng đào tạo

Khoa khoa học cơ bản

Khoa cơ điện mỏ hầm lò

Trạm y tế Phòng đời sống - quản trị Phòng công tác HSSV Phòng bảo vệ - quân sự

Hiệu phó đời sống giáo dục

Hình 1.1: Cơ cấu tổ chức của Nhà trường

1.3 G ớ t u tổng qu n p ng t ng m Đ n ng ng p

Phòng thí nghiệm Điện công nghiệp thuộc Khoa Điện công nghiệp – Điện

t Nhằm phục vụ cho việc học tập, nghiên cứu, củng cố lý thuyết, tiếp cận các mô hình mô phỏng các hệ thống điều khi n trong thực tế của học sinh - sinh viên theo học tại trường, nhà trường đã trang bị phòng thí nghiệm điện công nghiệp hiện đại với nhiều mô hình, bàn thí nghiệm cho nhiều môn học mô-đun khác nhau

Ngoài ra phòng thí nghiệm là cơ sở nghiên cứu cho các giáo viên bộ môn, nâng cao trình độ chuyên môn, phục vụ công tác giảng dạy

Hình 1.2: Mô hình thực hành trang bị điện

Mô hình thực hành trang bị điện có chức năng, nhiệm vụ cung cấp cho sinh viên kiến thức cơ bản về các phương pháp khởi động động cơ, điều khi n động cơ không đồng bộ 1 pha và 3 pha Sinh viên được thực tập trên các mô hình giống như

tủ điện trong công nghiệp

Hình 1.5: Mô hình thực hành điện tử công suất

Với các mô hình thực hành điện t công suất sinh viên có th tự tìm hi u từ các đặc tính cơ bản của các mạch điện t công suất đơn giản đến các mạch điều khi n điện t công suất phức tạp Thông qua các bài thí nghiệm được chuẩn hoá, sinh viên có th hi u rõ một cách có hệ thống nội dung của môn học Điện t công suất Các bạn sinh viên sẽ tự trang bị cho mình những kiến thức nền tảng về Điện t công suất nhằm hỗ trợ công tác chuyên môn khi tốt nghiệp ra trường

Hình 1.6: Mô hình thực hành điện khí nén – thủy lực

Mô hình giúp học sinh hi u và trình bày đƣợc cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các loại van và cơ cấu chấp hành thông dụng trong hệ thống thủy lực-khí nén, thiết

kế, lắp đặt đƣợc mạch điều khi n truyền động thủy lực - khí nén, dùng PLC điều khi n các loại van điện từ khí nén – thủy lực…

Ngoài các mô hình trên, phòng thí nghiệm khoa ĐCN còn rất nhiều mô hình phục vụ việc học tập của sinh viên với nhƣng môn cơ bản nhƣ : Điện cơ bản, điện

t cơ bản, máy điện, truyền động điện…

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU CƠ SỞ L THUYẾT

H THỐNG CÂN BĂNG Đ NH LƯỢNG HI N NAY

Trong chương này trình bày các vấn đề :

- Đặt vấn đề

- Cấu tạo của hệ thống cân băng

- Nguyên lý làm việc của hệ thống cân băng định lượng

2 ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong quá trình sản xuất tạo ra sản phẩm, khâu định lượng đóng vai trò hết sức quan trọng, nhằm xác định chính xác khối lượng nguyên vật liệu, bán thành phẩm và sản phẩm Các thiết bị định lượng có mặt hầu hết tại các công đoạn của quá trình sản xuất: cung ứng tồn trữ nguyên vật liệu, cấp liệu cho từng giai đoạn công nghệ, định lượng và đóng gói sản phẩm

Định lượng hay còn gọi là cân Trên thực tế có rất nhiều phương pháp đ cân khối lượng của một vật như:

- Cân bằng đòn cân: một khối lượng chưa biết được đặt trên đĩa cân Các quả cân được hiệu chỉnh chính xác có kích thước khác nhau được đặt trên đĩa bên kia cho đến khi cân bằng Khối lượng chưa biết bằng tổng khối lượng của các quả cân đặt lên

Khối lượng

vật chưa biết

Hình 2.1: Cân bằng đòn cân

Hình 2.2: Cân bàn cơ

- Cân đồng hồ lò xo: thực tế là một ứng dụng đo khối lượng thông qua sự dịch chuy n dưới tác dụng của trọng lực do vật khối lượng m gây ra Khối lượng chưa biết đặt trên bàn cân trên lò xo đã được hiệu chỉnh Lò xo di động cho đến khi lực đàn hồi của lò xo cân bằng với trọng trường tác động lên khối lượng chưa biết Lượng di động của lò xo được dùng đ đo khối lượng chưa biết Ở các cân đồng hồ chỉ thị kim, lượng di động của lò xo sẽ làm kim quay thông qua một cơ cấu bánh răng với tỷ lệ hợp l ý và góc quay của kim sẽ xác định khối lượng của vật cần cân

Hình 2.3: Cân đồng hồ

- Ngày nay, với tiến bộ của khoa học kỹ thuật, thì các thiết bị cân điện t ra

đời đ xác định khối lượng của một vật từ rất nhỏ đến khối lượng tương đối lớn như: cân phân tích, cân vàng, cân xe tải, và đang được dùng rất phổ biến trong đời sống, sản xuất.

Hình 2.4: Cân móc treo

Hình 2.5: Cân sàn công nghiệp

Hình 2.6: Cân bàn điện tử

Hình 2.7: Cân tải trọng ôtô

Đó là những phương pháp định lượng khối lượng của vật hay còn gọi là định lượng gián đoạn

Hình 2.8: Định lượng gián đoạn

Vấn đề đặt ra là trong quá trình sản xuất đòi hỏi tính liên tục, pha trộn nguyên liệu có độ chính xác, phải thấy và cân được khối lượng nguyên vật liệu đã được vận chuy n theo yêu cầu của thành phẩm Đ giải quyết vấn đề trên ta s dụng cân băng định lượng Hệ thống cân băng định lượng là một trong những khâu quan trọng giúp cho nhà máy hoạt động một cách liên tục Cân băng định lượng là một khâu trong

dây chuyền công nghệ nhằm cung cấp chính xác lượng nguyên liệu cần thiết cho nhà máy, lượng nguyên liệu này đã được người lập trình cài đặt một giá trị trước Khi mà lượng nguyên liệu trên băng tải ít đi thì đòi hỏi phải tăng tốc động cơ lên đ băng tải chuy n động nhanh hơn nhằm cung cấp đủ lượng nguyên liệu cần thiết Ngược lại khi lượng nguyên liệu trên băng tải vận chuy n với lưu lượng nhiều thì các thiết bị tự động sẽ tự động điều khi n cho động cơ quay với tốc độ chậm lại phù hợp với yêu cầu

Hình 2.9: Định lượng liên tục

Hình 2.10: Cân băng định lượng thực tế

2 2 CẤU TẠO, NGUYÊN L HOẠT ĐỘNG CỦA CÂN BĂNG Đ NH

LƯỢNG

2 2 S ồ cấu tạo

ĐCHGT

1

2

5

Hình 2.11: Sơ đồ cấu tạo hệ thống cân băng định lượng

Cấu tạo của cân băng định lƣợng gồm các phần sau:

1: Phễu cấp liệu 2: Băng truyền

Hệ thống cân băng được giám sát và điều khi n trên máy tính thông qua phần mềm Wincc Đầu tiên bằng bàn phím máy tính ta nhập năng suất muốn sản xuất là

P (kg/s) ,chương trình đã được lập trình sẵn, hệ thống sẽ điều khi n bám theo giá trị lưu lượng đó

Giá trị lưu lượng vật liệu vận chuy n trên băng tải phụ thuộc hai yếu tố, thứ nhất là độ dày lớp liệu trên băng tải hay còn gọi là mật độ liệu trên băng tải và thứ hai là tốc độ chuy n động của băng tải

ĐC

A D

A

Setpoint BT

1

4 5

Loadcell ( cảm biến khối lượng ) đo khối lượng vật liệu trên mặt băng, tín hiệu loadcell đưa về là tín hiệu analog có giá trị nhỏ, sau khi qua bộ khuếch đại được chuẩn hóa thành tín hiệu có giá trị 0 - 20 mA hoặc 0 - 10 V được đưa vào PLC đ tính toán

Biến tần nhận điện áp điều khi n từ đầu ra analog của PLC và thay đổi tốc độ động cơ truyền động băng tải

Encoder đ đo tốc độ động cơ truyền động băng tải

Bộ chuy n đổi tín hiệu A/D dùng đ chuy n đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu

số, x lý tín hiệu từ cảm biến Loacell vào PLC, đ PLC tính toán và x lý giá trị

Bộ chuy n đổi tín hiệu D/A dùng đ chuy n đổi tín hiệu số sang tín hiệu tương

tự, PLC sau khi tính toán xuất ra tín hiệu ra dưới dạng điện áp và đưa vào đầu vào analog của biến tần

Giá trị đặt đ đặt sản lượng mong muốn

Như vậy đ đo được lưu lượng vận chuy n trên băng tải phải đo được hai thông số Tốc độ chuy n động của băng tải và mật độ liệu Trong hệ thống dùng Encoder đ đo tốc độ động cơ truyền động cho băng tải , từ tín hiệu Encoder đưa về

ta có th tính được vận tốc băng tải V (cm/s) Tín hiệu từ Loadcell đưa về là tín hiệu analog, sau khi qua bộ khuếch đại chuẩn hóa thành tín hiệu có giá trị 0 - 20 mA

hoặc 0 -10V được đưa vào PLC đ tính toán ra lượng liệu trên 1cm băng tải tức là mật độ liệu trên băng q (Kg/cm) PLC sẽ tính được lưu lượng thực và so sánh với lưu lượng đặt đ đưa ra tín hiệu Uđk đ điều khi n động cơ thông qua biến tần Mục đích là điều chỉnh bám lưu lượng thực tế theo lưu lượng đặt Tất cả các thông số sản xuất đều được giám sát và điều khi n trên máy tính

Trong quá trình sản xuất muốn tăng năng suất người ta mở van xả đ tăng mật

độ liệu trên băng hoặc tăng tốc độ truyền động của băng tải, thường thì mật độ liệu trên băng ít thay đổi chủ yếu là điều chỉnh tốc độ băng tải đ đạt tới lượng liệu đặt trước

2 2 3 Nguyên lý t n lưu lượng

Cân băng định lượng (cân băng tải) là thiết bị cung cấp liệu ki u trọng lượng Vật liệu được chuyên trở trên băng tải, mà tốc độ của băng tải được điều chỉnh đ nhận được lưu 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 giá mang nhiều con lăn Trọng lượng của vật liệu trên băng được bốn cảm biến trọng lượng (LoadCell) chuy n đổi thành tín hiệu điện đưa về bộ x lý đ tính toán lưu lượng

Đ xác định lưu lượng vật liệu chuy n 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 Tốc độ băng tải V (cm/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 q (kg/cm) Lượng vật liệu này tác dụng một lực lên loadcell

Giá trị lực tác dụng tỷ lệ với sự thay đổi điện trở cảm ứng trong cầu điện trở

và do đó trả về tín hiệu điện áp tỷ lệ Nó được khuếch đại và đưa đến bộ vi x lý thông bộ chuy n đổi tượng tự/số (ADC) Chỉ một n a tải trọng của vật liệu được con lăn cân

Hình 2.13: Mặt cắt dọc của băng

Tải trọng băng tải Q được tính toán như sau:

Q =

(2-1)

Với Q: Tải trọng đi m (Kg)

q: Tải trọng trên băng tải (Kg/cm)

L: Chiều dài tính toán (cm)

+ Việc s dụng tải trọng và tốc độ băng tải đ tính toán tốc độ cấp liệu, được tính theo công thức sau:

P = q.V =

(2-2) P: Trọng lượng băng tải theo thời gian (Kg/s)

V: Tốc độ băng tải (cm/s)

2.2.4 Chuẩn b

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

và trọng lượng vật liệu trên băng Vì vậy đ đo được trọng lượng của liệu thì ta phải tiến hành trừ bì (tức là trừ đi trọng lượng của băng tải ) Bộ điều khi n 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

2 2 5 Đ ều chỉnh cấp li u o ân băng

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

* Thực hiện bằng 3 phương pháp:

- Phương pháp 1: Điều chỉnh cấp liệu ki u trôi

Phương pháp này điều chỉnh cấp liệu bằng tín hiệu của sensor cấp liệu ki u trôi đ điều khi n 5 thiết bị cấp liệu Vị trí của sensor cấp liệu theo ki u 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 s dụng bộ điều chỉnh PID đ điều chỉnh cấp liệu (có th là van cấp liệu hoặc van quay) đ đảm bảo cho lượng tải trên một đơn vị chiều dài băng tải là không đổi Bộ PID có tác dụng điều chỉnh nếu lưu lượng th tích của liệu trên băng thay đổi theo phạm vi ±15% và bộ PID chỉ 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

độ chính xác điều chỉnh thì phương pháp 2 hơn hẳn phương pháp 1, thời gian điều chỉnh nhỏ, thiết bị cấp liệu làm việc ổn định không bị ngắt quãng, nhưng phạm vi điều chỉnh không rộng Phương pháp 1 đơn giản hơn, phạm vi điều khi n rộng hơn

và có th dược đặt bởi người s dụng, nhưng trong phạm vi điều chỉnh thiết bị phải làm việc gián đoạn thì 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 th coi là sự kết hợp của

2 phương pháp trên : phương pháp điều chỉnh gián đoạn và điều chỉnh liên tục Phương pháp này tận dụng những ưu đi m và khắc phục nhưng nhược đi m của 2 phương pháp trên và được thiết kế đặc biệt cho các băng cân định lượng

- Phương pháp điều chỉnh cấp liệu cho cân băng

Từ những nội dung cơ bản trên sẽ tính toán, lựa chọn các thiết bị, từ đó lắp đặt

và xây dựng mô hình được đề cập ở nội dung chương tiếp theo

CHƯƠNG 3

T NH CHỌN CÁC THIẾT B LẮP ĐẶT, XÂY DỰNG M HÌNH CÂN BĂNG Đ NH LƯỢNG

3 T NH CHỌN CÁC THIẾT B TRONG M HÌNH CÂN BĂNG Đ NH LƯỢNG

3 V tr ủ p ần t trong m n

Hệ thống cân băng định lượng thực hiện công việc định lượng liệu theo một tỷ

lệ nhất định đòi hỏi sự chính xác, công việc này thực hiện được nhờ vào nhiều bộ phận cấu thành, mà trong đó bao gồm một số phần t đo lường, điều khi n và giám sát sau:

+ Máy tính : Máy tính điều khi n và giám sát liên tục các hoạt động trong mô

hình Thu thập dữ liệu, x lý tính toán dữ liệu theo giá trị cài đặt trước đ đưa tín hiệu điều khi n biến tần, chỉ thị giá trị đo lường dưới dạng các trang màn hình, trang đồ thị, trang sự kiện, thu thập dữ liệu và đưa vào lưu trữ theo trang nhất định

+ PLC: PLC có chức năng nhận lệnh từ máy tính truyền xuống cho biến tần

đ điều khi n tốc độ động cơ băng tải, đồng thời nhận tín hiệu phản hồi từ biến tần truyền về lại cho máy tính x lý PLC cũng thực hiện giải quyết các tín hiệu liên động của hệ thống đ hệ thống làm việc chính xác và theo đúng yêu cầu công nghệ

+ Biến tần: Biến tần s dụng phương pháp điều khi n vectơ từ thông, thực

hiện các lệnh điều khi n của máy tính thông qua PLC hoặc trực tiếp từ PLC

+ Động cơ không đồng bộ ba pha: Động cơ loại này dùng truyền động chính

cho băng tải, tốc độ được điều chỉnh nhờ biến tần dựa trên sự thay đổi công suất của tải

+ Hộp số: Đóng vai trò quan trọng trong việc truyền động giữa động cơ với

băng tải và các con lăn Nó là một tổ hợp biệt lập gồm các bộ phận truyền bánh răng hay trục vít đ giảm số vòng quay và truyền công suất đến các cơ cấu chấp hành

+ Cảm biến: Trong hệ thống s dụng hai cảm biến quan trọng đó là Loadcell

và Encoder Cảm biến đóng vai trò là đầu vào của PLC, mục đích là cân trọng

lượng liệu được vận chuy n và đo tốc độ của băng tải Ngoài ra hệ thống còn s dụng các cảm biến đ cảnh báo các sự cố như trùng băng, đứt băng, trùng băng, lệch băng

+ Các bộ biến đổi ADC: Là thiết bị biến đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số,

từ cảm biến Loadcell đưa về PLC đ x lý dữ liệu, tính toán và so sánh với giữa giá trị đặt với giá trị hiện tại đ xuất điện áp dưới tín hiệu analog điều khi n biến tần

3 2 T n ọn t ết bị trong m n ân băng tự ộng

3 2 T n to n, lự ọn PLC

T n to n, lựa chọn PLC

PLC có chức năng nhận lệnh từ máy tính truyền xuống cho biến tần đ điều khi n tốc độ động cơ băng tải, đồng thời nhận tín hiệu phản hồi từ biến tần truyền

về lại cho máy tính x lý PLC cũng thực hiện giải quyết các tín hiệu liên động của

hệ thống đ hệ thống làm việc chính xác và theo đúng yêu cầu công nghệ

Do vậy lựa chọn PLC S7-200 CPU 222 hãng Siemens

PLC S7-200 là thiết bị điều khi n logic khả trình loại nhỏ của hãng Siemens (CHLB Đức) Cấu trúc theo ki u modul và có các modul mở rộng Các modul này được s dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác nhau

Hình 3.2: Hình dạng bên ngoài PLC S7-200 CPU 222 Bảng 3.1: Bảng thông số kỹ thuật PLC S7-200 CPU 222

Khả năng lưu trữ khi mất điện 190 giờ

 Port truyền thông nối tiếp: RS 485 protocol, 9 chân s dụng cho việc phối ghép với PC, PG, TD200, TD200C, OP, mạng biến tần, mạng công nghiệp

+ Tốc độ truyền - nhận dữ liệu theo ki u PPI là 9600 baud

+ Tốc độ truyền - nhận dữ liệu theo ki - 38400 baud

 Công tắc chọn chế độ:

+ Công tắc chọn chế độ RUN: Cho phép PLC thực hiện chương trình, khi chương trình gặp lỗi hoặc gặp lệnh STOP thì PLC sẽ tự động chuy n sang chế độ STOP mặc dù công tắc vẫn ở chế độ RUN (nên quan sát đèn trạng thái)

+ Công tắc chọn chế độ STOP: Khi chuy n sang chế độ STOP, dừng cư ng bức chương trình đang chạy, các tín hiệu ra lúc này đều về off

+ Công tắc chọn chế độ TERM: cho phép người vận hành chọn một trong hai chế độ RUN/STOP từ xa, ngoài ra ở chế độ này được dùng đ download chương trình người dùng

 Vít chỉnh định tương tự:

Mỗi CPU có từ 1 đến 2 vít chỉnh định tương tự, có th xoay được một góc

2700, dùng đ thay đổi giá trị của biến s dụng trong chương trình

 Pin và nguồn nuôi bộ nhớ:

S dụng tụ vạn năng và pin Khi năng lượng của tụ bị cạn kiệt PLC sẽ tự động chuy n sang s dụng năng lượng từ pin

b2 Cấu trú bộ nhớ

Bộ nhớ được chia làm 4 vùng cơ bản, hầu hết các vùng nhớ đều có khả năng

đọc ghi chỉ trừ vùng nhớ đặc biệt SM (special memory) là vùng nhớ chỉ đọc

 Vùng nhớ chương trình:

Gồm ba khối chính: OB1, SUBROUTIN và INTERRUPT

- OB1: Chứa chương trình chính, các lệnh trong khối này luôn được quét trong mỗi vòng quét

- SUBROUTIN: Chứa chương trình con, được tổ chức thành hàm và có biến hình thức đ trao đổi dữ liệu, chương trình con sẽ được thực hiện khi có lệnh gọi từ chương trình chính

- INTERRUPT: Miền chứa chương trình ngắt, được tổ chức thành hàm và có khả năng trao đổi dữ liệu với bất kỳ một khối chương trình nào khác Chương trình

này sẽ được thực hiện khi có sự kiện ngắt xảy ra

 Vùng nhớ tham số: là miền lưu giữ các tham số như từ khoá, địa chỉ trạm cũng

giống như vùng chương trình, Vùng này thuộc ki u non-valatie đọc/ghi được

 Vùng dữ liệu là một vùng nhớ động Nó có th được truy cập theo từng bit, từng

byte, từng từ đơn (word) hay từ kép (double word) và được s dụng làm miền lưu trữ dữ liệu cho các thuật toán, các hàm truyền thông, lập bảng, các hàm dịch chuy n, xoay vòng thanh ghi, con trỏ địa chỉ…

Vùng dữ liệu được chia thành những vùng nhớ nhỏ đ phục vụ cho những mục đích và công dụngkhác nhau, bao gồm các vùng sau:

- V (Variable memory): Vùng nhớ biến

- I (Input image register): Vùng đệm đầu vào

- Q (Output image register): Vùng đệm đầu ra

- M (Internal memory bits): Vùng nhớ các bit nội

- SM (Special memory): Vùng nhớ đặc biệt

 Vùng đối tượng: Timer, bộ đếm, bộ đếm tốc độ cao và các cổng vào/ra tương tự

được đặt trong vùng nhớ cuối cùng

b3 Thực hi n ư ng tr n

PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp Mỗi vòng lặp gọi là một vòng

quét Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn đọc dữ liệu từ các cổng vào vùng

bộ đệm ảo, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình Trong từng vòng quét chương trình được thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc tại lệnh kết thúc Sau

giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn truyền thông nội bộ và ki m tra lỗi

Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn chuy n các nội dung của bộ đệm ảo

tới các cổng ra.Như vậy tại thời đi m thực hiện lệnh vào ra, thông thường lệnh

không làm việc trực tiếp với cổng vào ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số Việc truyền thông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong các giai đoạn 1 và 4 do CPU quản lý Khi gặp lệnh vào ra ngay lập tức thì hệ thống sẽ

cho dừng mọi công việc khác ngay cả chương trình x lý ngắt đ thực hiện lệnh này

một cách trực tiếp với cổng vào/ra

Nếu s dụng các chế độ ngắt, chương trình con tương ứng với các chế độ ngắt

được soạn thảo và cài đặt như một bộ phận của chương trình Chương trình ngắt chỉ được thực hiện khi có sự kiện báo ngắt và có th xảy ra bất kỳ lúc nào trong một vòng quét

b4 Tập l nh PLC S7 200 CPU 222

Tập lệnh của S7-200 chia làm ba nhóm:

- Các lệnh mà khi thực hiện thì làm việc độc lập không phụ thuộc vào giá trị logic của ngăn xếp

- Các lệnh chỉ thực hiện khi bit đầu tiên của ngăn xếp có giá trị logic bằng 1

- Các nhãn lệnh đánh dấu vị trí trong tập lệnh hay còn gọi là nhóm lệnh điều khi n chương trình

Cả ba phương pháp đều s dụng ký hiệu I đ chỉ các lệnh làm việc tức thời, tức là giá trị được chỉ định trong lệnh vừa được chuy n vào thanh ghi ảo đồng thời được chuy n ngay đến tiếp đi m được chỉ dẫn ngay trong lệnh ngay khi được thực hiện chứ không phải chờ đến giai đoạn trao đổi với ngoại vi của vòng quét Điều đó khác với lệnh không tức thời là giá trị chỉ chuy n vào thanh ghi ảo khi thực hiện lệnh

Các nhóm lệnh được cho trong cây lệnh của S7-200:

- Bit Logic: Tập lệnh làm việc với bit

- Clock: Tập lệnh làm việc với thời gian của hệ thống

- Communication: Tập lệnh truyền thông

- Compare: Tập lệnh so sánh

- Convert: Tập lệnh biến đổi

- Counter: Tập các bộ đếm

- Floating-Point Math: Tập lệnh toán học làm việc với số thực

- Integer Math: Tập lệnh toán học làm việc với số nguyên

- Interupt: Tập lệnh làm việc với chương trình ngắt

- Logical Operations: Tập lệnh các phép tính logic biến đổi

- Move: Tập lệnh di chuy n dữ liệu

- Programe Control: Tập lệnh điều khi n chương trình

- Shift/Rotate: Tập lệnh dịch/quay làm việc với thanh ghi

- String: Tập lệnh làm việc với chuỗi

- Table: Tập lệnh làm việc với bảng dữ liệu

- Timers: Tập các bộ định thời gian

Do đặc tính động cơ có công suất nhỏ, tải ổn định nên ta chọn biến tần

COMMANDER SK SKBD200150 có công suất P = 1,1 kW Do hãng EMERSON

(Mỹ) sản xuất

Hình 3.4: Biến tần EMERSON COMMANDER SK SKBD200150

b T ng số kỹ thuật biến tần

b1 Bảng t ng số kỹ thuật

Bảng 3.2: Bảng thông số kỹ thuật Biến tần EMERSON COMMANDER SK SKBD200150

b2 S ồ khối biến tần

Hình 3.5: Sơ đồ khối biến tần EMERSON

b3 S ồ ấu nối

 Sơ đồ đấu nối mạch điều khiển

Hình 3.6: Sơ đồ đấu nối mạch điều khiển biến tần