Đang tải... (xem toàn văn)
Vai trò của băng tải trong các nhà máy công nghiệp là vô cùng quan trọng, điều này được thể hiện rõ nét trong các nhà máy xi măng, các nhà máy chế biến thức ăn gia xúc, các nhà máy chế biến thực phẩm,...Các băng tải đóng vai trò vận chuyển nguyên vật liệu, thành phẩm thay cho sức người và các phương tiện vận chuyển cơ động khác. Trong khuôn viên nhà máy, phân xưởng, để vận chuyển vật liệu từ nơi khai thác, bến bãi tập kết hoặc kho chứa nguyên vật liệu để phục vụ cho quá trình sản xuất. 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 chuyển theo yêu cầu của thành phẩm. Để giải quyết vấn đề trên ta sử 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 nguyện liêu trên băng tải ít đi thì đòi hỏi phải tăng tốc động cơ lên để băng tải chuyển động nhanh hơn nhằm cung cấp đủ lượng nguyên liệu cần thiết. Ngược lại khi lượng nguyên liệu trên băng tải vận chuyển với lưu lượng nhiều thì các thiết bị tự động sẽ tự động điều khiển cho động cơ quay với tốc độ chậm lại phù hợp với yêu cầu.
MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Cấu tạo cân băng định lượng a Hệ thống khung khí b Hệ thống cảm biến, điều khiển c Hệ thống điều khiển tự động hóa .4 1.3 Nguyên lý hoạt động a Bộ phận khí b Bộ phận cảm biến c Bộ phận điều khiển CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG 2.1 Tính lưu lượng cân băng 2.2 Tính chọn công suất động 2.3 Tính chọn biến tần 2.4 Tính chọn thiết bị đóng cắt CHƯƠNG 3: SƠ ĐỒ MẠCH LỰC VÀ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN .10 3.1 Cấu trúc hệ điều khiển 10 3.2 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh 10 3.2.1 Tổng hợp điều khiển 10 3.2.2 Mạch vòng điều chỉnh tốc độ .12 3.2.3 Mạch vòng điều chỉnh lưu lượng .13 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN TRÊN MATLAB 15 4.1 Cấu trúc điều khiển Matlab .15 4.2 Mô với chế độ vận hành khác 15 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 19 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG 1.1 Đặt vấn đề Vai trị băng tải nhà máy cơng nghiệp vô quan trọng, điều thể rõ nét nhà máy xi măng, nhà máy chế biến thức ăn gia xúc, nhà máy chế biến thực phẩm, Các băng tải đóng vai trò vận chuyển nguyên vật liệu, thành phẩm thay cho sức người phương tiện vận chuyển động khác Trong khuôn viên nhà máy, phân xưởng, để vận chuyển vật liệu từ nơi khai thác, bến bãi tập kết kho chứa nguyên vật liệu để phục vụ cho trình sản xuất Vấn đề đặt q trình sản xuất địi hỏi tính liên tục, pha trộn ngun liệu có độ xác, phải thấy cân khối lượng nguyên vật liệu vận chuyển theo yêu cầu thành phẩm Để giải vấn đề ta sử dụng cân băng định lượng Hệ thống cân băng định lượng khâu quan trọng giúp cho nhà máy hoạt động cách liên tục Cân băng định lượng khâu dây chuyền cơng nghệ nhằm cung cấp xác lượng nguyên liệu cần thiết cho nhà máy, lượng nguyên liệu người lập trình cài đặt giá trị trước Khi mà lượng nguyện liêu băng tải địi hỏi phải tăng tốc động lên để băng tải chuyển động nhanh nhằm cung cấp đủ lượng nguyên liệu cần thiết Ngược lại lượng nguyên liệu băng tải vận chuyển với lưu lượng nhiều thiết bị tự động tự động điều khiển cho động quay với tốc độ chậm lại phù hợp với yêu cầu 1.2 Cấu tạo cân băng định lượng Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo cân băng định lượng Cân băng định lượng gồm có thành phần cấu tạo sau đây: a Hệ thống khung khí Khung khí phần giá đỡ toàn hệ thống Phễu chứa cấp liệu Hệ thống lăn băng tải Băng tải vận chuyển nguyên liệu Một số linh kiện, phụ kiện hỗ trợ khác b Hệ thống cảm biến, điều khiển Thiết bị cảm biến lực (loadcell cân băng định lượng) Thiết bị cảm biến tốc độ Bộ thị điều khiển Biến tần Động không đồng c Hệ thống điều khiển tự động hóa Hệ thống tủ điện điều khiển trung tâm Phần mềm điều khiển cân băng định lượng 1.3 Nguyên lý hoạt động Về bản, trình hoạt động cân băng qua giai đoạn sau: Cấp liệu vào phiễu chứa → Cấp liệu lên băng tải → Xác định khối lượng/Xác định tốc độ chạy → Phân tích thơng số thơ → Xác định khối lượng chuẩn → Điều khiển định mức chuẩn → Hệ thống hoạt động vòng lặp a Bộ phận khí: (Phễu chứa, cửa cấp liệu, băng tải, lăn lớn lăn nhỏ) Nơi cấp liệu đầu vào, bao gồm phễu chứa cấp liệu Tại đây, liệu đổ vào phễu chứa bắt đầu quy trình cân băng Liệu qua cửa cấp liệu (Vít tải cửa xả) chảy xuống băng tải Toàn băng tải chảy liệu gá khung cân băng, lăn lăn lớn làm nhiểm vụ tải băng, lăn nhỏ dùng gá đỡ cho băng tải chạy Trong số băng tải nhỏ có bận cảm biện trọng lượng (loadcell) để kiểm tra, đong đếm khối lượng chảy băng b Bộ phận cảm biến: (Loadcell cảm biến trọng lượng, encoder cảm biến tốc độ) Được gá lăn nhỏ, nơi xuất trọng lực tác dụng trực tiếp lên lăn thơng số gửi phận điều khiển Encoder cảm biến tốc độ có nhiệm vụ, kiểm tra tốc tộ chạy băng tải, từ đưa thơng số tốc độ băng tải Kết hợp thông số lại có thơng số khối lượng để điều chỉnh xác c Bộ phận điều khiển (Đầu cân hiển thị điều khiển, tủ điện điều khiển cân băng, phần mềm cân băng) Từ thông số kỹ thuật truyền từ cảm biến tốc độ cảm biến lực, qua đầu cân điểu khiển xủa lý thơng tin sau gửi phần mềm điều khiển máy tính Từ thơng số thô xử lý phản hồi ngược lại tủ điện Tại tủ điện điều khiển trung tâm có định, thơng số thời gian chạy băng từ kiểm sốt định mức khối lượng/thời gian cần thiết CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG 2.1 Tính lưu lượng cân băng Để xác định lưu lượng thời điểm đổ liệu, cần xác định đồng thời vận tốc dài cân băng khối lượng nguyên liệu đơn vị chiều dài cân băng Tốc độ đo cảm biến tốc độ liên động với trục phụ băng cân Lưu lượng Q (tấn/h) tích số vận tốc băng khối lượng nguyên liệu đơn vị chiều dài cân băng đo từ loadcell Q= λ ⋅ V Thông số theo đề cho là: λ=28( kg/m), V = 1,8 (m/s) Vậy nên: Q=28.1,8=50,4 (kg /s)=1811,44 (tấn/h) 2.2 Tính chọn cơng suất động Lực kéo ban đầu: 130 π T1 = T0 e fφφ = 100 e 0,68 180 = 467,8 (N) Mô men khởi động động cơ: 2.M puli Mkđ = i 2.T1.d 467,8.0,88 30.2 = i.2 = = 13,72 (N) Tốc độ góc hai điểm làm việc max-min quy đổi trục động là: 2.Vmax i 2.1,8 30 ω d = = 0,88 = 122,72 (rad/s) maxqd 2.Vmin i 2.0,45 30 ω d = = 0,88 = 30,68 (rad/s) minqd Mô men quy đổi trục động điểm làm việc max-min là: R MVmax = ( T 1−T ) × i =¿ 2 2.Vmax d f R T d (e 1) × i = ( ¿ 100−2,8 ( 2.1,8 0,882 ( 0,68.130 π / 180 ) 0,44 e −1 0,88 30 ) ) =4,905(N) R MVmin = ( T 1−T ) × i =¿ 2 2.Vmin d f R T0 (e 1) × d i = ( ¿ 100−2,8 ( 2.0,45 0,882 ( 0,68.130 π / 180 ) 0,44 e −1 0,88 30 ) ) = 5,364 (N) Công suất làm việc động cơ: P = T v max = 467,8.1,8 = 842,04 (W) P 842,04 => Ptt = η = 0,8 = 1052,55 (W) Để có momen đủ lớn ta phải tăng cơng suất động lên khoảng 1,5 lần Vậy ta chọn động khơng đồng pha 1,5kW có thông số: - Điện áp 220 - 380V/50 Hz - Cơng suất: 1,5kW - Dịng điện 3A - Hiệu suất 0.85% - Hệ số công suất 0,82 - Mô men quán tính: 0.0025kgm2 - Tốc độ cho phép: 1440v/p - Cách cấp điện F, bảo vệ IP54 2.3 Tính chọn biến tần Bài toán đặt số yêu cầu điều khiển nên chọn công suất biến tần cao gấp 1,5 lần công suất động Pbt = 1,5.Pdc =1,5.1,5 = 2,25 kW Do ta chọn biến tần Schneider ATV212HU30N4 3kW 3HP pha có thơng số sau: - Điện áp: pha 380V - Công suất: 3kW - Tần số 50 Hz - Dòng điện 7,2A 2.4 Tính chọn thiết bị đóng cắt Cơng thức tính I đmcủa động cơ: I đm= P đm √3 U đm η cos φ Từ thông số động vừa chọn tính I dm 1,5 3,27 A 3.0,38.0,85.0,82 Tính chọn MCB: IMCB = 1,2.Iđm = 1,2.3,27 = 3,92 A Tra Catalog chọn MCB có dòng điện định mức lớn 3,92A Ở ta chọn MCB có dịng định mức 6A với mã A9F94306 Tính chọn Contactor: IContactor = 1,2 Iđm = 1,2.3,27 = 3,92A Tra Catalog ta chọn Contactor có dịng định mức 6A với mã LC1E0610 Tính chọn Relay nhiệt: IOL = 1,4.3,27 = 4,59 A Tra Catalog chọn Relay nhiệt có dải dịng điện từ – 6A với mã LRD10 CHƯƠNG 3: SƠ ĐỒ MẠCH LỰC VÀ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN 3.1 Cấu trúc hệ điều khiển Hình 3.1 Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển Mục tiêu hệ truyền động điện phải đảm bảo giá trị yêu cầu đại lượng điều chỉnh mà không phụ thuộc vào tác động đại lượng nhiễu lên hệ điều chỉnh Động truyền động sử dụng động khơng đồng pha Bộ biến đổi có chức biến đổi lượng điện thích ứng với động truyền động mang thông tin điều khiển để điều khiển tham số đầu biến đổi Sự biến thiên tín hiệu đặt gây sai lệch khơng tránh q trình q độ gây sai lệch chế độ xác lập Trên sở phân tích sai lệch điều chỉnh, mạch bù thích hợp để nâng cao độ xác hệ thống 3.2 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh 3.2.1 Tổng hợp điều khiển Sơ đồ cấu trúc tổng hợp điều khiển Theo ta có mạch vịng kín momen Fkm coi gần khâu qn tính bậc có: Hệ số khuếch đại: km = 2,5 M dm 2,5.4,905 = = 1,23 10 10 Hằng số thời gian: Tm=0,02s => F km= km 1,23 = 0,02 s+1 T m s+1 Ta xác định hàm truyền momen tốc độ góc khâu tích phân: kc 1 sTc Js 0.06s Ta xác định hàm truyền lưu lượng Q tốc độ góc : Lưu lượng tức thời phân đoạn băng gửi điều khiển tính dựa công thức: T Q .Vdt T0 T (t ).d dt T0 2i 10 T .d (t )dt 2i.T Laplace vế ta được: Q( s ) d ( s ) 2i.T s Q( s) .d => ( s ) 2iTs Ta chọn chu kỳ quét xung 1m băng tải T=1.232s Q(s ) => ω (s) = 28.0,88 2.30.1,232 s = 3s Vậy hàm truyền lưu lượng Q tốc độ góc : Q ( s ) kQ ( s ) sTQ 3s Ở ta dùng Feedforword kháng nhiễu để hệ không bị ảnh hưởng nhiễu M c với: M c M c FF = F km = ≈ 1,23 0,813+0,016s 0,02 s +1 3.2.2 Mạch vịng điều chỉnh tốc độ Hình 3.3 Sơ đồ mạch vịng điều chỉnh tốc độ Ta có hàm truyền đối tượng mạch vòng điều khiển tốc độ là: 11 F s 1= F km kc 1,23 1,23 = 0,02 s+1 0,06 s = 0,06 s (0,02 s +1) s Tc Theo bảng tra modul tối ưu hàm chuẩn bậc ta chọn điều khiển P cho mạch vòng điều khiển tốc độ: F Rω = 0,06 = 1,219 2.1,23.0,02 3.2.3 Mạch vòng điều chỉnh lưu lượng Hình 3.4 Sơ đồ mạch vịng điều chỉnh lưu lượng Ta có hàm truyền đối tượng mạch vịng điều khiển lưu lượng là: Fs Fk kQ sTQ Trong Fk hàm truyền kín mạch vịng điều khiển tốc độ: kc 1,23 1,219 sTc 0,02 s +1 0,06 s F kω = = = 2 1,23 k 2.0,02 s + 2.0,02 s+1 1+ 1,219 1+ F Rω F km c 0,02 s+1 0,06 s sTc F Rω F km Ta xấp xỉ Fkm thành khâu quán tính bậc nhất: Fk 1 2.0,02 s 0,04 s 12 Fs Fk => kQ sTQ 1 0,04s 3s 3s(0,04s 1) Theo bảng tra modul tối ưu hàm chuẩn bậc ta chọn điều khiển P cho mạch vòng điều khiển lưu lượng: FRQ 37,5 2.1.0,04 13 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN TRÊN MATLAB 4.1 Cấu trúc điều khiển Matlab 4.2 Mô với chế độ vận hành khác *Khi coi Momen cản số (Mc=2Nm), thay đổi lưu lượng đặt Q* từ 50 xuống 12,5 (kg/s) 14 Nhật xét: Từ đồ thị ta thấy lưu lượng đầu Q bám sát với lưu lượng đặt Q* Thời gian xác lập: Txl 0,728( s ) Độ điều chỉnh: 7,644% Sai lệch tĩnh nhỏ: e 0,002 => Như điều khiển mà ta thiết kế cho mạch vòng điều chỉnh tốc độ mạch vòng điều chỉnh lưu lượng tốt Do ta dùng điều khiển P cho mạch vòng nên tồn sai lệch tĩnh, nhiên sai lệch tĩnh nhỏ *Khi coi Momen cản Mc biến thiên theo tốc độ góc, thay đổi lưu lượng đặt Q* từ 50 xuống 12,5 (kg/s) 15 Nhật xét: Từ đồ thị ta thấy lưu lượng đầu Q bám sát với lưu lượng đặt Q* 16 Thời gian xác lập: Txl 0,788( s ) Độ điều chỉnh: 8,94% Sai lệch tĩnh nhỏ: e 0,00008 => Như ta thay đổi Mc điều khiển ta đáp ứng tốt, lưu lượng đầu bám sát với lưu lượng đặt Từ ta thấy ưu việt Feedforword kháng nhiễu, giúp hệ không bị ảnh hưởng nhiễu M c 17 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Bài giảng “Thiết Kế Truyền Động Điện” biên soạn TS Nguyễn Duy Đỉnh https://123docz.net//document/3612973-nghien-cuu-he-thong-can-bang-dinhluong.htm https://123docz.net//document/3612972-nghien-cuu-he-thong-can-bang-dinhluong-trong-nha-may-san-xuat-xi-mang-lo-dung.htm http://hocthatlamthat.edu.vn/tinh-chon-thiet-bi-dong-cat-va-bao-ve/ http://www.cokhimha.com/tim-hieu-can-bang-tai-dinh-luong-cau-tao-nguyen-lya176 18