Chương 1 tổng quan. Nội dung của chương này tập trung giải quyết các vấn đề mục tiêu nghiên cứu, giới hạn vấn đề nghiên cứu, cách tiếp cận vấn đề Chương 2 Cơ sở lý thuyết hệ thống cân định lượng dùng vít tải. Chương này trình bày tổng quan về các loại cân định lượng được sử dụng trong công nghiệp, nguyên lý điều khiển và một số ứng dụng của nó để từ đó tác giả đưa ra lựa chọn mô hình cân định lượng cho phù hợp với mục đích nghiên cứu trong đề tài.Thiết kế phần cứng.Trên cơ sở lựa chọn chương 2, nội dung chính của chương 3 sẽ tập trung thực hiện thiết kế phần cứng và lựa chọn thiết bị để thi công mô hình sao cho chi phí thi công là thấp nhất mà vẫn thỏa mãn các tiêu chuẩn của hệ thống cân định lượng.Thuật toán điều khiển. Chương này trình bày yêu cầu công nghệ để từ đó đề xuất và xây dựng các thuật toán điều khiển mô hình cũng như lựa chọn và thiết kế giao diện giám sát thỏa yêu cầu.Nội dung của chương 5 sẽ trình bày kết quả đạt được sau khi kết hợp hoạt động giữa phần cứng và phần mềm giám sát, các điều kiện thực nghiệm, kết quả đạt được là cá bộ dữ liệu quan hệ giữa sai cố và các thông số điều khiển.
Các bộ dữ liệu được GVHD: Ths. Nguyễn Trần Minh Nguyệt 3 do an I. Tổng Quan trình bày một cách đầy đủ thông qua hình ảnh và bảng số liệu tương ứng và có các đánh giá và các đề xuất phù hợp với mô hình. Kết luận và hướng phát triển Nhận xét đánh giá kết quả nhận được sau khi hoàn thành đề tài, từ đó đưa ra các phương án phát triển và hoàn thiện về mô hình nhằm tiến tới tối ưu hệ thống trong tương lai, đó chính là nội dung và nhiệm vụ của chương này.
Nguyễn Trần Minh Nguyệt 4 do an II. Cơ Sở Lý Thuyết Hệ Thống Cân Định Lượng Dùng Vít Tải CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG DÙNG VÍT TẢI Nội dung chương 2 trình bày về các loại cân định lượng, sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động của một hệ thống cân định lượng điển hình nhằm cung cấp các kiến thức cơ bản về cân định lượng. Ngoài ra, phần cuối chương còn giới thiệu một vài ứng dụng của hệ thống cân định lượng để tạo nền tảng cho việc thiết kế mô hình cân tối ưu nhất 2.1 Phân loại cân định lượng Dựa vào tính chất hệ thống cân định lượng được chia thành 2 loại là hệ thống cân tĩnh và hệ thống cân động. Hệ thống cân tĩnh là hệ thống cân mà sản phẩm được cân ở trạng thái đứng yên.
Hệ thống cân tĩnh cho độ chính xác rất cao, tuy nhiên thời gian chậm hơn và chỉ cân được các sản phẩm đã được đóng gói hoặc các sản phẩm có thể tích xác định. Hệ thống cân này phần lớn được ứng dụng trong lĩnh vực dân dụng như trong các hộ gia đình, trong siêu thị và các chợ để phục vụ cho nhu cầu định lượng. Một số loại cân tĩnh sử dụng phổ biến trên thị trường được miêu tả trong Hình 2. Cân treo hình2.1Các loại cân tĩnh Hệ thống cân động là hệ thống cân mà sản phẩm được cân ở trạng thái chuyển động.
Hệ thống cân động có độ chính xác kém khi sản phẩm cân có khối lượng nhỏ, GVHD: Ths. Nguyễn Trần Minh Nguyệt 5 do an II. Cơ Sở Lý Thuyết Hệ Thống Cân Định Lượng Dùng Vít Tải nhưng có thể cân được nhiều loại sản phẩm và phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau. Hệ thống cân động được sử dụng rất rộng rãi trong lĩnh vực công nghiệp.
Hệ thống cân động điển hình được thể hiện trong Hình 2. So sánh giữa cân động và cân tĩnh được thực hiện trong bảng 2.1, có thể thấy cân động và cân tĩnh đều có những khuyết điểm và ưu điểm riêng. Hệ thống cân băng kiểm tra b. Hệ thống cân băng định lượng hình2.2Các loại cân động Bảng 2.1 So sánh giữa cân tĩnh và cân động.
Cân tĩnh Cân động Độ chính xác cao Độ chính xác không cao Sai số nhỏ Sai số hệ thống lớn Thời gian đáp ứng chậm Thời gian đáp ứng nhanh Chỉ cân được vật đã được đóng gói hoặc Cân được các sản phẩm chưa đóng gói thể tích xác định Dựa vào đặc điểm của từng loại sản phẩm, mục đích sử dụng và yêu cầu độ chính xác mà hệ thống cân động được chia thành hệ thống cân băng kiểm tra và hệ thống cân băng định lượng, phối liệu.2 Hệ thống cân băng kiểm tra Hệ thống cân băng kiểm tra chủ yếu dùng để cân định lượng các sản phẩm đã được đóng gói hay những vật có thể tích xác định. Hệ thống cân băng kiểm tra có nguyên GVHD: Ths. Nguyễn Trần Minh Nguyệt 6 do an II. Cơ Sở Lý Thuyết Hệ Thống Cân Định Lượng Dùng Vít Tải lý cân cũng gần giống như hệ thống cân tĩnh nhưng nó có tính tự động hóa cao hơn, phù hợp để ứng dụng vào các dây chuyền sản xuất nhằm nâng cao tính tự động hóa cho hệ thống.
Điểm hạn chế của hệ thống cân này là chỉ cân được các sản phẩm ở dạng khối. Hệ thống cân băng kiểm tra được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy, xí nghiệp để kiểm tra khối lượng và phân loại sản phẩm. Các kiểu dáng của cân băng kiểm tra được thể hiện trong Hình 2.Cân băng kiểm tra kiểu băng tải b.Cân băng kiểm tra kiểu con lăn hình2.3Hệ thống cân băng kiểm tra 2.3 Hệ thống cân định lượng dùng vít tải Hệ thống cân định lượng dùng vít tải được sử dụng để cân nguyên liệu ở dạng hạt, rời rạc. Hệ thống này có thể cân khối lượng vật liệu theo một giá trị đặt trước thông qua việc chọn lưu lượng cân và khối lượng đặt.
Ưu điểm của hệ thống cân này là có thể cân được các sản phẩm ở dạng hạt, bột, sợi và phạm vi ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như chế biến và xuất khẩu lương thực (gạo, cà phê…), khai thác than đá, sản xuất xi măng… Hình dáng của hệ thống cân phối liệu như hình 2. Nguyễn Trần Minh Nguyệt 7 do an II. Cơ Sở Lý Thuyết Hệ Thống Cân Định Lượng Dùng Vít Tải Hình 2.4Hệ thống cân định lượng dùng vít tải Trong thực tế, khi thiết kế hệ thống cân động nói chung và cân định lượng bằng vít tải nói riêng thì có 2 vấn đề kỹ thuật rất được quan tâm đó là sai số và tốc độ cân. Hai vấn đề này về cơ bản thì luôn có sự đối nghịch nghĩa là tốc độ cân tăng lên thì sai số cân sẽ giảm và ngược lại.
Chính vì thế xác định tốc độ cân là một bài toán tối ưu trong thực tế mà các kỹ sư thường gặp. Do đó, nhóm quyết định chọn cân định lượng sử dụng vít tải kết hợp giữa cân động và cân tĩnh để giải quyết bài toán tối ưu nói trên.4 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống cân định lượng dùng vít tải Sơ đồ nguyên lý của một hệ thống cân định lượng dùng vít tải được trình bày trong Hình 2. Các thành phần chính của hệ thống cân định lượng bao gồm: Thiết bị giám sát, bộ điều khiển, thiết bị điều khiển động cơ, động cơ để kéo vít tải và cảm biến trọng lượng. Nguyễn Trần Minh Nguyệt 8 do an II.
Cơ Sở Lý Thuyết Hệ Thống Cân Định Lượng Dùng Vít Tải hình2.5Sơ đồ nguyên lý của hệ thống cân định Cảm biến trong lượng (hay còn gọi Loadcell): là cảm biến dùng để chuyển đổi khối lượng tức thời của nguyên liệu trên băng tải thành tín hiệu điện để truyền về cho bộ điều khiển. Cảm biến trọng lượng được sử dụng là loadcell, loadcell có nhiều kiểu cấu trúc khác nhau (dạng thanh, dạng trụ, dạng xoắn, dạng chữ S…) tùy vào từng ứng dụng cũng như cấu trúc băng tải mà chọn Loadcell thích hợp. Động cơ: giữ nhiệm vụ truyền động cho vít tải. Hệ thống cân băng tải thường có vận tốc nhỏ nên băng tải được truyền động bởi động cơ thông qua bộ giảm tốc.
Thiết bị điều khiển động cơ: làm nhiệm vụ thay đổi tốc độ động cơ, thiết bị này phải có khả năng điều khiển trơn tốc độ động cơ và khả năng đáp ứng nhanh để giữ cho lưu lượng sản phẩm trên vít tải luôn được ổn định. Bộ điều khiển: làm nhiệm vụ nhận tín hiệu khối lượng từ cảm biến trọng lượng và tín hiệu vận tốc băng tải từ cảm biến tốc độ để xử lý, đồng thời xuất tín hiệu để điều khiển thiết bị điều khiển động cơ làm thay đổi tốc độ động cơ đảm bảo giữ ổn định lưu lượng trên băng tải. Bộ điều khiển có thể sử dụng vi xử lý hoặc PLC tùy theo mức độ yêu cầu của hệ thống cũng như chi phí đầu tư. Nguyễn Trần Minh Nguyệt 9 do an II.
Cơ Sở Lý Thuyết Hệ Thống Cân Định Lượng Dùng Vít Tải Từ sơ đồ nguyên lý của hệ thống cân băng tải ở trên, có thể trình bày dưới dạng sơ đồ khối điều khiển như Hình 2.6Sơ đồ điều khiển hê thống cân dùng vít tải 2.5 Tính toán vít tải Ở phần tính toán các thông số cho vít tải nhóm sẽ tính toán một số thông số như: bước vít (s), vòng quay vít tải (n), công suất vít tải (P), để sau đó lựa chọn động cơ vít tải cho chính xác và hợp lý. • Theo sách tham khảo [4] bước vit được xác định bởi (2.1) Trong đó: D đường kính của vít tải, đã chọn 10 cm. Do đó bước vít có giá trị S = 0,8.2) Trong đó: d: khối lượng vun đống của vật liệu T/m B- hệ số chất đầy máng. Đối với nguyên liệu nhẹ và không có tính mài mòn như bột B = 0,32; đối với nguyên liệu nặng và ít mài mòn như muối, cám, xôđa,.
chọn B = 0,25; GVHD: Ths. Nguyễn Trần Minh Nguyệt 10 do an II. Cơ Sở Lý Thuyết Hệ Thống Cân Định Lượng Dùng Vít Tải n là vòng quay vít tải: đối với vật liệu bị mài mòn (gạo) thì vòng quay n từ 22 => 45 vòng/phút • Công suất ở trục vít tải [tài liệu tham khảo số 4] P= ( + ), kW (2.3) Trong đó: Q- năng suất vít tải, tấn/h; H-là chiều cao nâng vật 10cm L- chiều dài vít tải theo đường nằm ngang 40 cm; ω - hệ số cản chuyển động của nguyên liệu (đối với nguyên liệu hạtω = 1,5 ÷1,6; đối với nguyên liệu dạng bột tấm, dạng bông ω =1,2 ÷ 1,3; đối với nguyên liệu miếng, thỏi có tính mài mòn ω = 1,8 ÷ 2,0; đối với nguyên liệu hạt mịn ω = 4).