Chương 1: Tổng quan Trình bày tổng quan về tình hình nghiên cứu, mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài. Chương 2: Cơ sở lý thuyết Ở chương này nhóm trình bày cơ sở lí thuyết về các vấn đề liên quan của hệ thống, giới thiệu các phần mềm cần sử dụng cho hệ thống. Chương 3: Tính toán và thiết kế Chương này sẽ trình bày về yêu cầu thiết kế của hệ thống, từ đó tính toán và lựa chọn linh kiện thích hợp để xây dựng sơ đồ nguyên lí của toàn hệ thống. Chương 4: Thi công hệ thống Trình bày thi công phần cứng, thiết kế giao điện giám sát, điều khiển, cấu hình cho thiết bị và lập trình cho các chương trình của hệ thống.
Chương 5: Kết quả, nhận xét và đánh giá Trình bày những kết quả đạt được sau thời gian thực hiện, kết quả thực nghiệm từ hệ thống, từ đó đưa ra nhận xét và đánh giá. Chương 6: Kết luận và hướng phát triển của đề tài Tóm tắt nội dung đề tài và kết luận những việc đã làm được, hạn chế. Từ đó rút ra những nhận xét và hướng phát triển của đề tài. 17 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Giới thiệu chương - Giới thiệu các công đoạn dây truyển sản xuất thức ăn chăn nuôi - Trình bày cấu tạo và quy trình hoạt động của cân băng định lượng trong thực tế - Tổng quan về Modbus 2. Hệ thống cân định lượng và nghiền trong nhà máy Hệ thống cân băng định lượng trong các nhà máy thường là hệ thống cân động, tham gia vào quá trình cân đo các nguyên liệu theo các tỷ lệ, thành phần và năng suất đặt trước, cung cấp nguyên liệu đảm bảo lưu lượng sao cho phù hợp với điều kiện trước khi tạo ra sản phẩm mới từ nguyên liệu đã cấp.1: Băng tải cân định lượng trong công nghiệp Trong quá trình sản xuất đòi hỏi tính liên tục, pha trộn nguyên liệu có độ chính xác, cân được khối lượng nguyên vật liệu đã được vận chuyển theo yêu cầu của thành phẩm. Cân băng định lượng là một trong những khâu quan trọng giúp cho nhà máy hoạt động một cách liên tục, 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.
Vai trò của băng tải trong các nhà máy công nghiệp là vô cùng quan trọng, điều này được thể hiện rõ nét trong nhà máy xí nghiệp xi măng, các nhà máy chế biến thức ăn gia súc, các nhà máy chế biến thực phẩm, … vận chuyển nguyên vật liệu, thành phần thay cho sức người và phương tiện vận chuyển cơ động khác. Trong khuôn viên nhà máy, phân xưởng để vận chuyển vật liệu từ nơi này đến nơi khai thác, bến bãi tập kết hoặc kho chứa nguyên vật liệu để phục vụ cho quá trình sản xuất. [2] 18 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.2: Máy nghiền trong công nghiệp Bên cạnh đó quá trình nghiền hạt liệu cũng quan trọng không kém trong quá trình tạo ra sản phẩm đạt yêu cầu. Hạt trước khi đổ vào nghiền phải được trộn đều và không lẫn những loại khác và chảy vào máy theo lượng nhất định để tránh tình trạng máy bị quá tải.
Sản phẩm được nghiền ra phải đáp đứng đủ các yếu tố như độ mịn, độ hao hụt. Máy nghiền phải có công suất đủ mạnh để duy trì trong thời gian dài, tản nhiệt,… 2. Cấu tạo của một hệ cân bằng định lượng Hình 2.3: Cấu tạo cân băng định lượng 19 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Cấu tạo của cân băng định lượng gồm các phần cơ bản sau: 1: Cảm biến tốc độ 2: Tang bị động 3: Phễu cấp liệu 4: Cảm biến trọng lượng (Load cell) – biến đổi trọng lượng nhận được trên băng thành tín hiệu điện đưa về bộ khuyếch đại 5: Băng truyền 6: Tang chủ động 7: Hộp số - giảm số vòng quay, tăng momen kéo của động cơ 8: Động cơ – truyền động chính cho băng tải 9: Biến tần – điều khiển động cơ 10: Bộ điều khiển PLC – nhận tín hiệu từ cảm biến, xuất tín hiệu điều chỉnh tốc độ của băng tải và lưu lượng liệu ở điểm đổ liệu sao cho tương ứng với giá trị đặt 11: Màn hình điều khiển – giám sát HMI: cho phép giám sát liên tục các thông số trong hệ thống để điều khiển, chỉ thị các giá trị đo lường, cài đặt năng suất. 12: Bộ khuếch đại tín hiệu Loadcell – biến đổi tín hiệu Loadcell sang tín hiệu mà bộ điều khiển đọc được Quy trình hoạt động Đầu tiên, cảm biến Load cell sẽ đo khối lượng của băng tải và bàn cân.
Tiếp đến, người vận hành sẽ nhập giá trị năng suất (set point) vào màn hình giám sát trên máy tính. Nguyên liệu được đổ vào phễu chứa. Khi nhấn nút hoạt động, băng tải sẽ truyền động bằng động cơ qua hộp số để tăng momen kéo. Khi băng tải hoặt động, nguyên liệu được kéo ra và dẫn lên một bàn cân được bố trí dưới băng tải.
Lượng vật liệu này cùng băng tải và bàn cân tác dụng lên loadcell. Tín hiệu điện áp ra của loadcell được khuếch đại và đưa đến bộ điều khiển đế tính ra khối lượng loadcell cân được trên băng tải (𝑄𝑏) tại thời điểm đo. Cùng lúc đó cảm biến tốc độ sẽ đo tốc độ quay của tang bị động và gửi truyền về bộ điều khiển để tính được tốc độ dài (𝑉) của băng tải theo công thức: 𝑉 = (𝐶𝑜𝑢𝑛𝑡𝑃𝑢𝑙𝑠𝑒 × 𝐷 × 𝜋)/(0.1 × 𝑅𝑒𝑣𝑜𝑙𝑢𝑛𝑡𝑖𝑜𝑛)(𝑚⁄𝑠) [2] 𝐷: đườ𝑛𝑔 𝑘í𝑛ℎ 𝑡𝑎𝑛𝑔 𝑏ị độ𝑛𝑔 (𝑚) 𝑅𝑒𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜𝑛: độ 𝑝ℎâ𝑛 𝑔𝑖ả𝑖 𝐸𝑛𝑐𝑜𝑑𝑒𝑟 (𝑥𝑢𝑛𝑔⁄𝑣ò𝑛𝑔) 𝐶𝑜𝑢𝑛𝑡𝑃𝑢𝑙𝑠𝑒: 𝑠ố 𝑥𝑢𝑛𝑔 𝐸𝑛𝑐𝑜𝑟𝑑𝑒𝑟 đế𝑚 𝑛𝑔ượ𝑐 20 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Thiết bị điều khiển đưa ra năng suất nguyên liệu thực tế dựa vào tín hiệu khối lượng nguyên liệu và tốc độ băng tải: 𝑄𝑏 ∗ 𝑉 𝑄= 𝐿ℎ𝑑 𝑄: lưu lượng nguyên liệu (kg/s) 𝐿ℎ𝑑: chiều dài lớp liệu được cân trên băng tải Bộ điều khiển sẽ so sánh lưu lượng nguyên liệu thực tế (actual value) với giá trị cài đặt. Bộ điều khiển xử lý tính toán theo thuật toán PID để luôn đảm bảo lưu lượng nguyên liệu đúng với giá trị cần thiết.
Khi mà lưu lượng nguyên liệu trên băng tải nhỏ hơn giá trị đặt thì đòi hỏi phải tăng tốc độ động cơ lên để băng tải chuyển động nhanh hơn, nhầm cung cấp đủ lượng nguyên liệu cần thiết. Ngược lại khi lượng nguyên liệu trên băng tải vận chuyển với lưu lượng nhiều hơn thì bộ điều khiển sẽ tự động điều khiển cho động cơ quay với tốc độ chậm lại. Sau đó, nguyên liệu được xả xuống qua xy lanh để dưới bồn trộn và qua băng tải để đưa xuống máy nghiền thông qua của xả dưới bồn có chứa van khí nén. Tại đây liệu sẽ được xả theo đợt để xuống máy nghiền.
Máy nghiền có nhiệm vụ nghiền nhỏ các hạt theo cài đặt của người vận hành. Tổng quan về bộ điều khiển PID Một bộ điều khiển vi tích phân tỉ lệ (PID- Proportional Integral Derivative) là một cơ chế phản hồi vòng điều khiển (lý thuyết điều khiển tự động [[bộ điều khiển]]) tổng quát được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển công nghiệp – bộ điều khiển PID là bộ điều khiển được sử dụng nhiều nhất trong các bộ điều khiển phản hồi. Bộ điều khiển PID sẽ tính toán giá trị “sai số” là hiệu số giữa giá trị đo thông số biến đổi và giá trị đặt mong muốn. Bộ điều khiển sẽ thực hiện giảm tối đa sai số bằng cách điều chỉnh giá trị điều khiển đầu vào.
Trong trường hợp không có kiến thức cơ bản (mô hình toán học) về hệ thống điều khiển thì bộ điều khiển PID là sẽ bộ điều khiển tốt nhất.[3] Tuy nhiên, để đạt được kết quả tốt nhất, các thông số PID sử dụng trong tính toán phải điều chỉnh theo tính chất của hệ thống-trong khi kiểu điều khiển là giống nhau, các thông số phải phụ thuộc vào đặc thù của hệ thống. 21 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.4: Sơ đồ khối bộ điều khiển PID Giải thuật tính toán bộ điều khiển PID bao gồm 3 thông số riêng biệt, do đó đôi khi nó còn được gọi là điều khiển ba khâu: các giá trị tỉ lệ, tích phân và đạo hàm, viết tắt là P, I, và D. Giá trị tỉ lệ xác định tác động của sai số hiện tại, giá trị tích phân xác định tác động của tổng các sai số quá khứ, và giá trị vi phân xác định tác động của tốc độ biến đổi sai số. Tổng chập của ba tác động này dùng để điều chỉnh quá trình thông qua một phần tử điều khiển như vị trí của van điều khiển hay bộ nguồn của phần tử gia nhiệt.
Nhờ vậy, những giá trị này có thể làm sáng tỏ về quan hệ thời gian: P phụ thuộc vào sai số hiện tại, I phụ thuộc vào tích lũy các sai số quá khứ, và D dự đoán các sai số tương lai, dựa vào tốc độ thay đổi hiện tại.[4] Bằng cách điều chỉnh 3 hằng số trong giải thuật của bộ điều khiển PID, bộ điều khiển có thể dùng trong những thiết kế có yêu cầu đặc biệt. Đáp ứng của bộ điều khiển có thể được mô tả dưới dạng độ nhạy sai số của bộ điều khiển, giá trị mà bộ điều khiển vọt lố điểm đặt và giá trị dao động của hệ thống. Lưu ý là công dụng của giải thuật PID trong điều khiển không đảm bảo tính tối ưu hoặc ổn định cho hệ thống. Khâu tỉ lệ: Khâu tỉ lệ (độ lợi) làm thay đổi giá trị đầu ra, tỉ lệ với giá trị sai số hiện tại.
Đáp ứng tỉ lệ có thể được điều chỉnh bằng cách nhân sai số đó với một hằng số Kp, được gọi là hệ số tỉ lệ. 𝑃 = 𝐾𝑝 𝑒(𝑡 ) Trong đó: 𝐾𝑝 : Hệ số tỉ lệ 𝑒 (𝑡 ): Sai số theo thời gian Khâu tỉ lệ có ưu điểm là tác động nhanh và đơn giản. Hệ số tỉ lệ càng lớn thì đáp ứng của hệ thống càng nhanh. Tuy nhiêu, khi hệ số tỉ lệ các lớn thì sự thay đổi của tín hiệu điều khiển càng lớn dẫn đến tạo vọt lố cao và sinh ra dao động lớn.
22 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Khâu tích phân: tỉ lệ thuận với cả biên độ sai số lẫn quảng thời gian xảy ra sai số. Tổng sai số tức thời theo thời gian (tích phân sai số) cho ta tích lũy bù đã được hiệu chỉnh trước đó. Tích lũy sai số sau đó được nhân với độ lợi tích phân và cộng với tín hiệu đầu ra của bộ điều khiển.