Nghiên cứu hệ thống điều khiển truyền động dây chuyền xeo giấy

ng và tự động hoá đã và đang đạt được nhiều thành tựu rực rỡ. Quan trọng nhất là các kết quả này đã được ứng dụng rộng rãi trong các dây chuyền sản xuất trong thực tế. Tự động hoá quá trình sản xuất không những làm giảm nhẹ sức lao động con người mà còn góp phần đáng kể trong việc nâng cao năng suất lao động và hoàn thiện chất lượng sản phẩm. Trong quá trình phát triển của công nghiệp, ngành sản xuất giấy đóng một vai trò quan trọng. Các sản phẩm giấy có mặt trong rất nhiều lĩnh vực của đời sống xã hội. Trong quy trình sản xuất giấy, bên cạnh quá trình sản xuất bột thì dây chuyền xeo giấy cũng đóng một vai trò quan trọng. Dây chuyền xeo có nhiệm vụ chuyển bột giấy thành sản phẩm giấy hoàn thiện, quyết định tới chất lượng giấy. Tuy nhiên, để đạt được sản phẩm giấy chất lượng cao cần một hệ truyền động dây chuyền xeo làm việc ổn định. Đồng thời phải đảm bảo được sự đồng bộ tốc độ và sức căng hợp lý. Xuất phát từ yêu cầu này, em đã tiến hành thực hiện thiết kế đồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu hệ thống điều khiển truyền động dây chuyền xeo giấy”. Đây là một đề tài truyền thống, nhưng trong đồ án có trình bày những phương án nhằm nâng cao chất lượng hệ truyền động khá mới. Nội dung của đồ án tốt nghiệp được trình bày gồm bốn chương với nội dung chính như sau: - Chương 1: Tổng quan công nghệ sản xuất giấy. Giới thiệu các công đoạn trong quá trình sản xuất giấy và dây chuyền xeo giấy. - Chương 2: Nghiên cứu hệ truyền động máy xeo giấy. Giới thiệu về yêu cầu truyền động và các hệ truyền động: hệ truyền động một chiều với chỉnh lưu Thyristor - Động cơ và hệ truyền động xoay chiều với điều khiển biến tần. - Chương 3: Nghiên cứu bộ chỉnh lưu tích cực trong hệ truyền động xoay chiều. Trình bày sơ đồ và nguyên lý làm việc của bộ chỉnh lưu PWM. Trình bàyphương pháp điều khiển tựa điện áp nguồn VOC dùng cho bộ chỉnh lưu tích cực. - Chương 4: Quá trình mô phỏng và kết quả, nguyên lý điều chế vector không gian, kết quả mô phỏng và nhận xét. Qua đây em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn PGS.TS. Bùi Quốc Khánh, cùng với sự giúp đỡ của các thầy cô giáo trong Bộ môn Tự động hoá XNCN đã hướng dẫn và tạo điều kiện cho em hoàn thành bản đồ án này. Do nhận thức và trình độ nghiên cứu của bản thân còn hạn chế trong thời gian làm đồ án không được nhiều, dù đã cố gắng song đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được sự chỉ bảo, góp ý chân thành của các thầy cô giáo và các bạn. Chương I tổng quan Công nghệ sản xuất giấy 1.1. Quy trình sản xuất giấy Giấy và các sản phẩm từ giấy đóng một vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực của xã hội. Tuy nhiên, để hình thành được tờ giấy từ nguyên liệu chính là gỗ và tre nứa, quá trình sản xuất giấy phải trải qua nhiều giai đoạn khác nhau như: xử lý nguyên liệu, nấu, rửa sàng, xeo … Công đoạn đầu tiên là quá trình xử lý nguyên liệu. Nguyên liệu thường dùng là gỗ (bạch đàn, keo tai tượng ,…) và tre, nứa. Trước khi đưa vào máy chặt, nguyên được phun rửa và bóc vỏ (đối với nguyên liệu gỗ). Qua máy chặt, nguyên liệu có kích thước phù hợp sẽ được đưa sang sân chứa mảnh. Những mảnh có kích thước còn lớn thì sẽ được chặt lại. Nguyên liệu sau khi chế biến là các mảnh gỗ, tre, nứa từ sân chứa qua các băng chuyền được phân phối vào các nồi nấu theo một tỷ lệ xác định trước. Công đoạn nấu có chức năng chuyển dăm mảnh nguyên liệu thành dung dịch bột. Mỗi nồi nấu có hai ngăn: ngăn trên chứa dăm mảnh, ngăn dưới chứa dịch nấu. Trước khi nấu người ta dùng hơi bão hoà sấy khô đến một nhiệt độ nhất định. Tiếp đó, dung dịch NaOH đặc được bơm vào trộn với nguyên liệu. Quá trình nấu bắt đầu bằng các phản ứng hoá học giữa nguyên liệu với NaOH. Tuy nhiên, quá trình phản ứng không triệt để. Do đó, hỗn hợp được chuyển qua nồi nấu phụ để phản ứng xảy ra với hiệu suất cao hơn. Sau đó, sản phẩm được bơm trở lại nồi nấu chính. ở đây, dịch nấu sẽ lọt qua các khe lưới xuống ngăn dưới của nồi nấu, những nhân chưa phản ứng hết lại được chuyển sang nồi nấu phụ. Như vậy, ở đây tồn tại một chu trình khép kín nấu triệt để dăm mảnh thành dịch bột. Dịch bột tiếp tục được bơm sang bể phóng, đây là nơi tập trung trước khi chuyển sang công đoạn rửa sàng. Công đoạn rửa, sàng có chức năng loại bỏ các tạp chất lẫn trong dịch nấu: các nhân nguyên liệu chưa tan hết, dịch đen. Để thực hiện các chức năng này người ta sử dụng các máy đánh tơi, sàng áp lực để loại bỏ các mấu mắt và bột sống. Tiếp đó, dịch được đưa sang các máy lọc chân không để rửa sạch. Nhằm tối ưu quá trình sản xuất, trong dây chuyền có lắp đặt hệ thống thu hồi dịch đen. Dịch đen là một hỗn hợp nhiều tạp chất, trong đó thành phần chủ yếu là Na2SO4, là nguồn nguyên liệu để tổng hợp lại NaOH. Dung dịch bột ở đầu ra sẽ được chuyển sang công đoạn tẩy trắng. Tẩy trắng là công đoạn quan trọng quyết định chất lượng của giấy sau này. Nhiệm vụ của nó là tạo ra sản phẩm bột giấy có chất lượng đảm bảo yêu cầu. Công đoạn tẩy trắng bao gồm 4 giai đoạn: Đầu tiên, dung dịch bột được Clo hoá bằng khí Cl2 xử lý, trung hoà các hợp chất có tính kiềm lẫn trong bột và lychnin. Trong đó, lychnin là một hợp chất vô định hình có trong nguyên liệu không có tính liên kết, do đó làm giảm chất lượng của bột giấy. Tiếp theo, người ta dùng hợp chất peoxit H2O2 để oxi hoá các tạp chất. Nhằm nâng cao hiệu suất quá trình oxi hoá, trong bước tiếp theo ta nấu dung dịch bột dưới điều kiện sục khí O2. Cuối cùng, sử dụng dung dịch kiềm để trung hoà và loại bỏ hoàn toàn các tạp chất. Vấn đề quan trọng là phải xử lý triệt để các hoá chất xúc tác trong quá trình tẩy trắng. Như vậy, để bột giấy đạt được chất lượng cao, có độ trắng đạt yêu cầu, ta phải thực hiện quy trình tẩy trắng nghiêm túc, duy trì thích hợp các yếu tố như: nồng độ và tỷ lệ hoá chất, nồng độ bột , độ pH, nhiệt độ và thời gian. Giai đoạn cuối công đoạn tẩy trắng là bơm bột vào các bể chứa bột chuẩn bị chuyển sang công đoạn xeo. Công đoạn xeo có nhiệm vụ chuyển bột giấy thành tờ giấy theo dúng yêu cầu chất lượng. Trước khi phun lên lưới, bột trải qua quá trình tiền xử lý theo hai giai đoạn. Giai đoạn một, bột được nghiền nhỏ nhằm tăng khả năng liên kết giữa các thớ sợi. Giai đoạn hai, bột được trộn với các phụ gia khác như: nhựa thông, phèn, cao lanh (hợp chất của canxi) theo một tỷ lệ đã tính toán trước. Hỗn hợp sau đó được bơm vào hòm phun bột. Bột được phun lên lưới để hình thành tờ giấy, lúc này tờ giấy ướt có độ khô 18 ữ 20%. Tiếp theo, tờ giấy được chuyển sang lô ép để nâng cao độ khô tờ giấy lên khoảng 38 ữ 40%. Sau các lô ép là các lô sấy, tại đây giấy được sấy có độ khô lên tới 92 ữ 94%. Nhằm nâng cao chât lượng bề mặt, tờ giấy được đưa sang lô ép keo và ép quang. Cuối cùng, để tạo sản phẩm giấy ta sử dụng bộ phận cắt và cuộn lại. Trên đây, ta đã trình bày sơ lược về các giai đoạn của quá trình sản xuất giấy từ nguyên liệu: gỗ tre, nứa thành sản phẩm giấy. Để có cái nhìn chi tiết hơn, trong phần tiếp theo ta sẽ tìm hiểu cụ thể về các bộ phận trong dây chuyền xeo giấy. 1.2. Công nghệ dây chuyền xeo giấy Trong phần trước ta đã tìm hiểu khái quát quá trình sản xuất giấy. Dễ dàng nhận thấy rằng, công đoạn quan trọng nhất ảnh hưởng đến chỉ tiêu chất lượng tờ giấy là dây chuyền xeo giấy. Dây chuyền này quyết định đến kích thước, độ dầy và chất lượng bề mặt của tờ giấy. Chúng ta sẽ cùng nghiên cứu chi tiết về dây chuyền. 1.2.1. Hòm phun bột và bộ phận hình thành Chức năng chính của hòm phun bột là phân phối một lượng bột đồng đều trên lưới, đồng thời giữ cho dòng bột không bị xáo trộn, phá vỡ quá trình hình thành tờ giấy. Hòm phun bột có cấu tạo đầu ra gồm một dãy các mỏ phun nằm song song với lưới. Kích thước của mỏ phun, tốc độ và áp suất phun bột được tính toán theo yêu cầu từng loại giấy. Hình1-2: Sơ đồ hòm phun bột và bộ phận hình thành Chức năng của bộ phân hình thành là tạo ra khuôn hình ban đầu tờ giấy ướt. Quá trình hình thành tờ giấyđược thực hiện giữa hai lưới đôi có kích thước khác nhau. Ưu điểm của việc hình thành tờ giấy như trên là hạn chế bề mặt tự do của dòng chảy trên lưới. Đồng thời, nước được thoát theo cả hai chiều, giấy có bề mặt đồng nhất. Một phương pháp khác gần đây được áp dụng là hình thành tờ giấy trên lưới đơn. Mỏ phun đặt ngang mặt lưới, quá trình hình thành tờ giấy được thực hiện trên lưới phẳng ngang. ưu điểm của phương pháp này là đơn giản, tạo sự đồng đều tờ giấy và thoát nước tự nhiên. Yêu cầu quan trọng của giai đoạn này là vận tốc lưới và vận tốc bột phun lên lưới. Như vậy, qua bộ phận hình thành dung dịch bột từ độ khô 2% thành tờ giấy ướt có độ khô 18 ữ 20% đồng thời chuyển sang bộ phận ép. 1.2.2. Bộ phận ép Tờ giấy khi chuyển từ bộ phận hình thành sang có độ khô 18 ữ 20%. Chức năng của bộ phận ép là tiếp tục nâng cao độ khô bằng cách loại bỏ nước ra khỏi giấy. ở đây, người ta dùng hệ thống chăn ép và các lô ép để hút nước ra ngoài. Bộ phận ép được chia thành ba lô: Lô ép 1 bao gồm hệ thống các chăn ép được gắn trên một lưới khép kín. Cấu tạo của chăn ép chủ yếu là bông và các sợi tổng hợp có khả năng hút nước cao. Mỗi khi tờ giấy tiếp xúc với chăn, nước từ giấy thấm sang chăn làm tăng độ khô của tờ giấy. Đồng thời, trong giai đoạn này khả năng liên kết của các phần tử bột đang kém nên chăn cũng giúp định hình cấu trúc tránh đứt giãn tờ giấy. Lô ép hai bao gồm một lưới nhựa giữa chăn ép và trục ép phía dưới làm giảm áp suất thuỷ tĩnh. Cả hai lô ép một và hai có nhiệm vụ chủ yếu là loại bỏ nước ra khỏi tờ giấy. Từ chăn ép hai, tờ giấy được chuyển sang lô ép ba. Lô ép này không có chăn nên không có nhiệm vụ tách nước mà chỉ có tác dụng làm cho hai mặt tờ giấy phẳng và mịn hơn. Hình 1-3: Sơ đồ bộ phận ép Như vậy, với cấu trúc gồm các tổ ép, bộ phận ép đã thực hiện được hai nhiệm vụ quan trọng: làm tăng độ khô tờ giấy lên 38 ữ 40%, đồng thời nâng cao chất lượng kết cấu cũng như chất lượng bề mặt tờ giấy. Cuối công đoạn nén ép, tờ giấy chuyển sang công đoạn sấy. 1.2.3. Bộ phận sấy Khi tờ giấy rời khỏi bộ phận ép có độ khô khoảng 40%. Bộ phận sấy có nhiệm vụ tiếp tục tách nước khỏi giấy bằng cách cho bốc hơi nước. Sấy là quá trình vận chuyển nhiệt và nước. Trong đó, nhiệt được truyền vào vật cần sấy, nước được làm nóng bốc hơi lên làm khô vật cần sấy. Hình 1-4: Sơ đồ bộ phận sấy Chúng ta có thể sử dụng các phương pháp sấy như sau: Sấy trực tiếp: Cho tờ giấy tiếp xúc trực tiếp với các lô sấy đã được làm nóng bằng dòng hơi chạy trong lòng các lô. Sấy đối lưu: Nhiệt được cung cấp bởi không khí nóng thổi trực tiếp vào tờ giấy theo một chu trình kín dựa trên hiện tượng đối lưu. Sấy tự do: Cho nước tự bốc hơi do sự chênh lệch nhiệt độ của tờ giấy và môi trường giữa các lô sấy. Kết thúc giai đoạn sấy đầu tiên, độ khô tờ giấy đã đạt tới 93 ữ 94%. Trong các dây chuyền sản xuất hiện đại, người ta lắp đặt thêm lô ép keo để nâng cao chất lượng bề mặt giấy. Khi tờ giấy đi qua lô này, nó sẽ hấp thụ các hoá chất ở dạng keo lỏng. Quá trình này tạo ra một lớp keo bám trên bề mặt và làm độ khô tờ giấy giảm xuống. Do đó, để keo dính chắc tạo bề mặt giấy trơn và nâng cao độ khô người ta tiến hành sấy lần hai. Trong giai đoạn này, do độ khô khá cao nên nhiệt độ các lô sấy thấp hơn lô sấy 1. Độ khô của tờ giấy sau giai đoạn sấy hai là 92 ữ 94%. Nhiệt độ của tờ giấy sau khi sấy đang khá cao, nhằm ổn định kết cấu và tránh tờ giấy giòn ta cho đi qua lô lạnh để hạ nhiệt độ. Ta nhận thấy, trong quá trình sấy do nhiệt độ từ giấy tăng nên chiều dài tờ giấy cũng thay đổi. Sau các lô ép, tờ giấy được căng ra trong suốt quá trình được gia nhiệt và co lại sau lô lạnh. Điều này rất dễ gây ra sự cố như rách hoặc trùng tờ giấy. Để khắc phục sự cố và những thay đổi của tờ giấy, các lô được bố trí thành từng nhóm truyền động khác nhau. Các lô trong cùng một nhóm có cùng tốc độ. Khi giữa các nhóm truyền động có sự chênh lệch về tốc độ, bộ điều chỉnh tốc độ sẽ điều chỉnh theo độ căng của tờ giấy. Như vậy, đến đây về cơ bản tờ giấy đã hình thành và có thể sử dụng được. Tuy nhiên, để nâng cao chất lượng bề mặt cũng như độ dày tờ giấy ta chuyển giấy sang bộ phận ép quang. 1.2.4. Bộ phận ép quang Bộ phận ép quang gồm hai lô có bề mặt nhẵn ép sát nhau. Nhiệm vụ của bộ phận ép quang là nâng cao chất lượng tờ giấy bằng cách thay đổi chất lượng bề mặt. Để thực hiện điều này, tờ giấy chạy qua khe hở giữa hai lô. Dưới áp lực của các lô, bề mặt của tờ giấy sẽ nhẵn, mịn, độ bóng cao. Hình 1-5: Sơ đồ bộ phận ép quang 1.2.5. Bộ phận cắt và cuộn lại Sau khi ra khỏi lô ép quang, tờ giấy được nối với trục cuốn. Đây chỉ là quá trình cuộn thô, khi cuộn giấy đủ lớn sẽ được chuyển qua khâu cuộn lại và cắt theo kích thước yêu cầu. Hình 1-6: Bộ phận cắt và cuộn lại Trên đây, chúng ta đã tìm hiểu khá chi tiết về công nghệ sản xuất giấy. Những kiến thức cơ bản này là tiền đề để ta nghiên cứu, thiết kế các dây chuyền thực tế để sản xuất ra thành phẩm giấy. Đây chính là nhiệm vụ của chương tiếp theo mà em sẽ trình bày sau đây. Chương II nghiên cứu hệ truyền động máy xeo giấy 2.1. Yêu cầu chung về truyền động Trên cơ sở phân tích về công nghệ: Giấy được tạo thành băng từ dạng bột lỏng, qua phần ép thành băng, qua công đoạn sấy khô đưa sang công đoạn cán ép, cuối cùng là cuộn cuốn. Công nghệ làm giấy yêu cầu hệ truyền động nhiều động cơ. Phần thứ nhất là các trục truyền động nối với băng lọc và các băng dạ. Các chuyển động băng băng lọc và băng dạ được tiến hành theo một vòng kín. Phần thứ hai, từ công đoạn sấy, cán ép và cuộn cuốn. Chỉ có liên hệ với nhau bởi băng giấy. Để đảm bảo chất lượng giấy, máy xeo giấy có yêu cầu truyền động rất phức tạp bao gồm hàng chục truyền động, đảm bảo chuyển động băng giấy chạy liên tục từ dạng bột lỏng thành các cuộn giấy, không được đứt quãng và bề dầy phải đồng đều. Yêu cầu truyền động nhiều động cơ như vậy một mặt phải đảm bảo ổn định tốc độ tỷ lệ: (2.1) Trong đó: : tốc độ góc trục cán thứ i. : tỷ lệ diện tích tiết diện đầu vào và đầu ra trục i+1. di : đường kính trục cán. si: hệ số trượt theo tốc độ. Mặt khác, phải đảm bảo sức căng băng giấy không đổi, tốc độ cuộn cuốn phải thay đổi sao cho tốc độ dài không đổi và sức căng theo yêu cầu. Để thực hiện các yêu cầu trên người ta thiết lập các mạch vòng điều chỉnh tốc độ, từ đó điều chỉnh sức căng băng giấy. 2.2. Hệ thống truyền động cho máy xeo Sơ đồ hệ thống truyền động dây chuyền xeo giấy trình bày trong hình 2-3. Hệ thống truyền động bao gồm các động cơ truyền động và các bộ điều chỉnh cho động cơ: bộ chỉnh lưu thyristor hay bộ biến tần. Trong hệ thống, ta nhận thấy có hai loại truyền động: truyền động một chiều và truyền động xoay chiều. Trong quá trình hình thành, tờ giấy luôn bị căng ra, kết hợp với quá trình sấy, nén ép, độ dài tờ giấy thay đổi. Điều này đòi hỏi tốc độ các bộ phận truyền động phải khác nhau. Để đáp ứng yêu cầu đó, người ta bố trí hệ truyền động thành các khâu riêng lẻ, được truyền động bởi một động cơ hoặc nhóm động cơ. Vấn đề đặt ra là phải kết hợp các bộ truyền động thành một hệ thống hoàn chỉnh, đảm bảo yêu cầu công nghệ đặt ra, tỷ lệ tốc độ giữa các khâu bằng nhau. Trong thực tế, người ta sử dụng các mạch vòng điều chỉnh tốc độ cho từng động cơ riêng biệt hoặc từng nhóm động cơ và tất cả sử dụng tín hiệu đặt chung cho cả hệ thống. 2.2.1. Hệ truyền động một chiều Trong dây chuyền máy xeo I, người ta vẫn sử dụng hệ thống truyền động cũ, hệ truyền động một chiều. Trong đó, ta sử dụng các bộ chỉnh lưu ba pha cấp điện cho các động cơ. Bố trí trong dây chuyền gồm 26 động cơ, với 24 động cơ một chiều và 2 động cơ xoay chiều. Một số động cơ làm nhiệm vụ dẫn động chính, một số động cơ làm nhiệm vụ dẫn động phụ. Các động cơ cùng nhóm có cùng tốc độ với nhau và được truyền động từ một tủ điều khiển. Các tủ điện cấp cho các nhóm động cơ được bố trí như sau: Tủ YD 1: Điều khiển và cấp nguồn cho động cơ số 1 ở bộ phận lưới có nhiệm vụ dẫn động chính. Tủ YD 2: Điều khiển và cấp nguồn cho động cơ số 2 ở bộ phận lưới, nhiệm vụ dẫn động chính. Tủ YD 3: Điều khiển và cấp nguồn cho động cơ số 3 và 4 ở bộ phận ép. Tủ YD 4: Điều khiển và cấp nguồn cho động cơ số 5 và số 6. Tủ YD 5: Điều khiển và cấp nguồn cho động cơ số 7 và 8 bộ phận ép. Tủ YD 6: Điều khiển và cấp nguồn cho động cơ số 9 bộ nhóm sấy 1. Tủ YD 7: Điều khiển và cấp nguồn cho động cơ số 10 nhóm sấy 2. Tủ YD 8: Điều khiển và cấp nguồn cho động cơ số 11 nhóm sấy 3. Tủ YD 9: Điều khiển và cấp nguồn cho động cơ số 12,13,14bộ phận ép. Tủ YD 10: Điều khiển và cấp nguồn cho động cơ số 17 nhóm sấy 4. Tủ YD 11: Điều khiển và cấp nguồn cho động cơ số 18 nhóm sấy 5. Tủ YD 12: Điều khiển và cấp nguồn cho động cơ số 19 lô lạnh. Tủ YD 14: Điều khiển và cấp nguồn cho động cơ số20, 23, 24 của trục ép quang một chiều. Tủ YD 15: Điều khiển và cấp nguồn cho động cơ số 25 máy cuộn. Tủ YD 16: Điều khiển và cấp nguồn cho động cơ số 26 của bộ phận khởi động lô thay thế. Tất cả các tủ đều nhận tín hiệu điều khiển từ tủ trung tâm KD1. Từ đây các tín hiệu chủ đạo được gửi đi tới các tủ điều khiển để điều khiển các bộ biến đổi. Thông số của các động cơ truyền động như sau: TT Động cơ Ký hiệu Công suất(kW) Đặc điểm 1 Trục bụng LAK200LB 39,5 Chính 2 Kéo lưới LAB225LC 80 Chính 3 Lô ép liên hợp LAB280LC 260 Chính 4 Lô dẫn giấy LAK180LA 2,6 Phụ 5 Lô ép 2 LAB280LC 260 Chính 6 Lô dẫn giấy LAK180LA 2,6 Phụ 7 Lô ép 3 LAB225LC 80 Chính 8 Lô dẫn giấy LAK180LA 2,6 Phụ 9 Lô sấy 1 LAB225LC 80 Chính 10 Lô sấy 2 LAB225LC 80 Chính 11 Lô sấy 3 LAB225LC 80 Chính 12 Lô dẫn giấy LAK180LA 2,6 Phụ 13 Lô dẫn giấy LAK180LA 2,6 Phụ 14 Lô ép keo LAK160LA 14 Chính 15 Lô ép keo LAK200LC 39,5 Chính 16 Lô dẫn giấy LAK160LA 3,5 Phụ 17 Lô sấy 4 LAK200LB 39,5 Chính 18 Lô sấy 5 LAB225LC 80 Chính 19 Lô lạnh LAK200LB 39,5 Chính 20 Lô dẫn giấy LAK180LA 2,6 Phụ 21 Lô đàn LAK160LA 3,5 Phụ 22 Lô ép quang một chiều LAB280LC 260 Chính 23 Lô ép quang xoay chiều ABB 55 Chính 24 Lô đàn LAK160LA 3,5 Phụ 25 Lô cuộn LAB280LC 210 Chính 26 Khởi động lô thay thế LAK160LA 14 Phụ Bảng 2-1: Thông số các động cơ trong dây chuyền xeo I Tiếp theo ta sẽ tìm hiểu các sơ đồ điều chỉnh trong hệ thống truyền động một chiều. Sơ đồ truyền động một chiều được thiết kế giống nhau bao gồm bộ điều chỉnh, bộ biến đổi và động cơ. Sơ đồ tổng quát được trình bày trong hình 2-4. CBI Hình 2-4 : Sơ đồ hệ truyền động một chiều Trong đó: Uwd - tín hiệu đặt lấy từ bộ điều khiển chung. Rw - bộ điều chỉnh tốc độ. RI - bộ điều chỉnh dòng điện. CBI - bộ cảm biến dòng điện. FT - máy phát tốc. S I - hàm truyền khâu phản hồi dòng điện. BBĐ - bộ biến đổi. Sơ đồ bộ tạo điện áp chủ đạo cho hệ máy xeo Hình 2-5 : Khâu tạo điên áp chủ đạo Quá trình điều chỉnh đồng bộ tốc độ có thể thực hiện theo các phương pháp khác nhau. dùng phương pháp điều chỉnh tốc độ đồng bộ và sức căng bằng điều chỉnh điện áp phần ứng dùng nguồn cung cấp riêng cho động cơ. Phương pháp có ưu điểm là đơn giản, phù hợp với đặc điểm công nghệ của quá trình sản xuất giấy là tốc độ đầu vào và đầu ra khác nhau. Do đó, cần có sự chỉnh định riêng cho từng nhóm truyền động cùng tốc độ. Hình 2-6 : Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh đồng bộ tốc độ và sức căng Mạch hình 2-6 bố trí ba mạch vòng điều chỉnh dòng điện, điều chỉnh tốc độ và điều chỉnh sức căng. Chiết áp P đặt tốc độ không tải chung cho tất cả các truyền động thành phần. Để đảm bảo đặc tính cơ mềm giống như động cơ một chiều kích từ nối tiếp ta đưa thêm mạch bù. Đảm bảo sức căng không đổi ta bố trí cơ cấu đo sức căng ST và bộ điều chỉnh sức căng RT. Hình 2-7: Sơ đồ cấu trúc ứng với sơ đồ nguyên lý hình 2-6 Sơ đồ cấu trúc hệ trình bày trên hình 2-7, trong đó khối 1 đến khối 4 được thiết lập theo truyền thống, khối 5 là mạch bù dòng để đặc tính động cơ giống như đặc tính cơ nối tiếp, khối 6 là khối đạo hàm để tạo nên dòng điện động. Khối 7 tạo quan hệ tốc độ và chiều dài vật liệu (khối tích phân). Sai lệch về độ dài L = L – Lw, phản ánh giá trị sức căng thực tế bằng khối 8, khối 9 bộ điều chỉnh sức căng. Như vậy ta có ba giá trị có thể chỉnh định được là , Fw và Lw. Đầu tiên ta giả thiết Fw và Lw giữ không đổi để tính hàm truyền . Sơ đồ cấu trúc bố trí hàm truyền bộ điều chỉnh dòng điện là PI. (2.2) Hàm truyền hở của mạch vòng dòng điện: (2.3) Với: Nếu bỏ qua và và ký hiệu KoI = Ta có: (2.4) Trong đó: Hàm truyền hệ điều chỉnh tốc độ: (2.5) Trong đó: Hàm truyền bộ điều chỉnh tốc độ được tính: (2.6) Hàm truyền mạch hở tốc độ được tính từ hai phương trình (2.5)(2.6): (2.7) Ta có tỷ số: (2.8) Vì Tcs >> Tck nên gần đúng ta có: như vậy (2.7) được viết gọn là: (2.9) Nên (2.10) Ta chọn thì hàm truyền mà khối 6 quy đổi về trước bộ điều chỉnh tốc độ sẽ là: (2.11) Sơ đồ cấu trúc hệ trình bày trên hình 2-8a và sau khi đã rút gọn là hình 2-8b . Trên hình 2-8b xuất hiện phần tử gia tốc. Nên hàm truyền kín mạch vòng điều chỉnh tốc độ sẽ là: (2.12) Hình 2-8: Sơ đồ cấu trúc điều chỉnh đồng bộ tốc độ và sức căng Đặc tính động tốc độ theo thời gian trình bày trên hình 2-9 cho thấy khi có phần tử thì làm tăng nhanh quá trình điều chỉnh, nếu chọn các hằng số thời gian hợp lý thì ta được đặc tính nằm giữa hai đường trên. Hình 2-9: Đặc tính quá độ ảnh hưởng của khâu bù, khi lắp thêm khâu bù ta có hàm truyền kín tốc độ: (2.13) Từ phương trình (2.13) ta có hệ số tắt: (2.14) Trong đó d là hệ số tắt khi chưa có bù: (2.15) Nhự vậy db > d nên khâu bù làm đặc tính ổn định hơn. Điện áp có giá trị từ +10 ữ +11V tuỳ theo quá trình vận hành. Các khâu điều chỉnh tốc độ Rw và khâu điều chỉnh dòng điện R I dùng khâu tỷ lệ - tích phân PI. Sự có mặt của mạch vòng sức căng làm cho chất lượng quá trình điều chỉnh càng chính xác hơn. Sơ đồ mạch điều chỉnh tổng hợp trình bày trong hình 2-10. Trong quá trình làm việc các bộ điều chỉnh nhận cùng tín hiệu điện áp chủ đạo từ khối KD1. Tuy nhiên, lúc đầu chạy máy, tốc độ được tăng dần nhờ tín hiệu đặt Craw và tăng dần lên tốc độ làm việc ổn định. Do việc truyền động liên hệ với nhau giữa các khâu là băng giấy không có khẳ năng truyền động cho nên xảy ra tình trạng giấy bị đứt hoặc trùng cục bộ giữa các lô, lúc đó chúng ta dùng tín hiệu Slake take-up để căng giấy. Tín hiệu Cascade để hiệu chỉnh tốc độ giữa các khâu, giữ cho tốc độ tăng của các bộ phận đều nhau đảm bảo tính đồng bộ trong hệ thống. Hình 2-10 : Sơ dồ mạch điều chỉnh tốc độ chung 2.2.2. Hệ truyền động xoay chiều Trong phần trên ta đã tìm hiểu hệ truyền động một chiều Thyristor - Động cơ ( T - Đ ). Đặc điểm của hệ truyền động này là khả năng điều chỉnh tốc độ có thể thực hiện được ở vùng tốc độ rất thấp, thay đổi tốc độ êm, khả năng tự động hoá cao, không gây ồn do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất lớn. Điều này rất thuận tiện cho việc thiết lập các mạch vòng điều chỉnh để nâng cao chất lượng điều chỉnh và đặc tính động của hệ thống. Hệ thống này đang được sử dụng trong dây chuyền máy xeo I. Tuy nhiên, với sự phát triển của các loại biến tần có chất lượng cao đã bộc lộ nhiều khuyết điểm của hệ T - Đ: hiệu suất thấp, giá thành cao, khả năng quá tải thấp. Chính vì vậy, nhà máy đã nâng cấp, thay thế sử dụng hệ thống biến tần để điều khiển động cơ trong dây chuyền máy xeo II. Hệ thống biến tần lắp đặ trong dây chuyền máy xeo II là loại biến tần ACS 600 của hãng ABB. Để đảm bảo công nghệ, ở đây người ta dùng hai mạch vòng điều chỉnh dòng điện và mạch vòng điều chỉnh tốc độ cho từng động cơ hoặc nhóm động cơ. Tín hiệu dòng điện phần ứng động cơ qua biến dòng 3 pha đưa tới bảng mạch NINT của biến tần. Trong mạch vòng tốc độ, ta sử dụng Encoder chuyển tốc độ động cơ sang dạng tín hiệu số đưa vào Modul giao diện xử lý xung RTAC để hiển thị giá trị tốc độ và để tạo tín hiệu ổn định tốc độ. Thực tế lắp đặt trong hệ thống truyền động xeo II có 29 động cơ được điều khiển từ các tủ cụ thể như sau: Tủ YD 1 : Điều khiển cấp nguồn cho động cơ lô cuốn (Reel Drum ). Tủ YD 2 : Điều khiển cấp nguồn cho động cơ quay lô dưới ép quang. Tủ YD 3 : Điều khiển cấp nguồn cho động cơ quay lô trên ép quang. Tủ YD 4 : Điều khiển cấp nguồn cho động cơ lô căng bề mặt số 2 , lô căng bề mặt số 3 và lô khởi động. Tủ YD 5 : Điều khiển cấp nguồn cho động cơ lô lạnh (Chilled Roll), lô căng bề mặt số 1, lô dẫn giấy số 5 (Paper Roll). Tủ YD 6 : Điều khiển cấp nguồn cho động cơ lô truyền động dưới. Tủ YD 7 : Điều khiển cấp nguồn cho động cơ lô trên và dưới sấy sau ép keo Tủ YD 8 : Điều khiển cấp nguồn cho động cơ lô truyền động trên. Tủ YD 10 : Điều khiển cấp nguồn cho động cơ lô chủ động 3, lô chủ động 4 và lô Lead In Roll. Tủ YD 11 : Điều khiển cấp nguồn cho động cơ lô sấy số 4. Tủ YD 12 : Điều khiển cấp nguồn cho động cơ lô sấy số 3. Tủ YD 13 : Điều khiển cấp nguồn cho động cơ lô sấy số 2. Tủ YD 14 : Điều khiển cấp nguồn cho động cơ lô sấy số 1. Tủ YD 15 : Điều khiển cấp nguồn cho động cơ lô ép trên số 3. Tủ YD 16 : Điều khiển cấp nguồn cho động cơ lô chủ động 1 và 2. Tủ YD 17 : Điều khiển cấp nguồn cho động cơ lô ép trên số 2. Tủ YD 18 : Điều khiển cấp nguồn cho động cơ lô trục ép hút số 1. Tủ YD 19 : Điều khiển cấp nguồn cho động cơ lô giữ (Pick-up Roll) và lô dưới ép phẳng bề mặt (Smoothing Press Bottom Roll). Tủ YD 20 : Điều khiển cấp nguồn cho động cơ lô lưới dưới. Tủ YD 21 : Điều khiển cấp nguồn cho động cơ lô trục bụng hút. Thông số các động cơ cho trong bảng sau: TT Tên động cơ Ký hiệu Công suất (kW) Dòng điện (A) 1 SUCTION COUCH ROLL 11-M01 250 457 2 BOTTOM WIRE ROLL 12-M01 250 457 3 PICK-UP ROLL 13-M01 55 105 4 1st PRESS SUCTION ROLL 14-M01 160 296 5 2nd PRESS TOP ROLL 15-M01 160 296 6 PAPER ROLL 1 16-M01 5.5 13.8 7 3rd PRESS TOP ROLL 17-M01 250 457 8 PAPER ROLL 2 18-M01 5.5 13.8 9 SMOOTHING PRESS BOTTOM ROLL 19-M01 55 105 10 1st DRYER GROUP 20-M01 90 166 11 2nd DRYER GROUP 21-M01 90 166 12 3rd DRYER GROUP 22-M01 90 166 13 3rd DRYER HELPER 23-M01 55 105 14 PAPER ROLL3 24-M01 5.5 13.8 15 PAPER ROLL 4 25-M01 5.5 13.8 16 LEAD IN ROLL 26-M01 5.5 13.8 17 TOP TRANSFER ROLL 27-M01 160 296 18 TOP METALING 28-M01 11 22 19 BOTTOM TRANSFER ROLL 29-M01 160 296 20 BOTTOM METALING 30-M01 11 22 21 CHILLED ROLL 31-M01 11 22 22 EXPANDER 1 32-M01 11 22 23 4th DRYER GROUP 33-M01 55 105 24 4th DRYER HELPER 34-M01 55 105 25 PAPER ROLL 5 35-M01 5.5 13.8 26 TOP CALENDER 37-M01 160 296 27 EXPANDER 3 39-M01 11 22 28 REEL DRUM 40-M01 55 106 29 SPOOL STARTER 41-M01 11 22 Bảng 2-2: Thông số các động cơ trong dây chuyền xeo II Hệ thống điều khiển truyền động dây truyền xeo giấy được lắp đật phân cấp. Trong hệ thống gồm cơ cấu chấp hành (động cơ) và thiết bị điều khiển: biến tần ACS 600, bộ điều khiển lập trình Advant Controller (AC 80), Application Controller (APC). Sơ đồ cấu trúc hệ thống được trình bày trên hình 2-11. Trong sơ đồ trên, điện áp xoay chiều qua bộ lọc và cầu dao được chỉnh lưu bằng bộ chỉnh lưu hình tia 3 pha dùng kết hợp cả Diode và Thyristor. Điên áp một chiều sau chỉnh lưu dùng cung cấp chung cho toàn bộ biến tần trong hệ thống, gọi là Bus một chiều. Điện áp một chiều thông qua bộ biến tần sẽ được nghịch lưu thành dòng điện xoay chiều 3 pha có điện áp và tần số thích hợp cấp cho động cơ. Mỗi biến tần có thể cấp điện cho một (Single Drives) hay nhiều động cơ (Multi Drives). Để điều khiển các bộ biến tần chúng ta có thể sử dụng các bộ điều khiển lập trình : AC 80 hay APC. Để thiết lập các chương trình điều khiển biến tần, có thể tải chương trình từ máy tính hoặc thiết lập ngay tại chỗ bằng các Panel. Khác với hệ thống truyền động một chiều tất cả các chức năng điều khiển về đồng bộ tốc độ, điều khiển sức căng đều được tích hợp trong bộ điều khiển lập trình AC 80. Bộ AC 80 sẽ nhận các tín hiệu phản hồi như: dòng điện phần ứng, tốc độ động cơ, sức căng băng giấy, … tiến hành xử lý phát các tín hiệu điều khiển truyền động động cơ thông qua các bộ biến tần. 2.2.2.1. Phương pháp điều chỉnh trực tiếp mômen DTC. Phương pháp điều chỉnh trực tiếp mômen động cơ không đồng bộ là phương pháp mới, hiện đang được ứng dụng tại dây chuyền xeo II của nhà máy giấy Bãi Bằng. Trong đó, việc phối hợp điều khiển bộ biến tần và động cơ đồng bộ là rất chặt chẽ. Logic chuyển mạch của biến tần dựa trên trạng thái điện từ của động cơ mà không cần đến điều chế độ rộng xung áp của biến tần. Do sử dụng công nghệ bán dẫn tiên tiến và các phần tử tính toán có tốc độ cao mà phương pháp điều chỉnh trực tiếp mômen cho các đáp ứng đầu ra thay đổi rất nhanh, cỡ vài phần nghìn giây. Nội dung phương pháp. Phần cốt lõi của phương pháp được mô tả trên hình 2-12, gồm các khối sau: Điều chỉnh có trễ với logic chuyển mạch tối ưu. mô hình động cơ cho phép tính toán nhanh và chính xác các giá trị thực của mômen động cơ, tốc độ quay của rôto và từ thông stato với tín hiệu vào là dòng điện các pha động cơ và giá trị tức thời của điện áp mạch một chiều. Các giá trị thực này được so sánh với các giá trị đặt để tạo ra tác động điều khiển bởi các bộ điều chỉnh mômen và các mạch vòng bên ngoài. Logic chuyển mạch tối ưu cho nghịch lưu sẽ được xác định trong trong từng chu kỳ điều khiển (25) và được thực hiện bởi các mạch điện tử chuyên dụng. Thông tin về trạng thái của các khoá bán dẫn lực (S1, S2, S3) được dùng để tính vector điện áp stato. Điều khiển trực tiếp mômen dựa trên lý thuyết điều khiển trường định hướng máy điện không đồng bộ, trong đó các đại lượng điện từ được mô tả bởi các vector: vector từ thông, vector dòng điện và vector điện áp được biểu diễn trong hệ toạ độ stato, hình 2-13. Hình sao điện áp có sáu vector thành phần và có hai vector điện áp zero tương ứng với nghịch lưu nguồn áp hai mức. Mômen điện từ là tích vector giữa vector từ thông stato và vector từ thông rôto, hoặc giữa vector dòng điện stato và vector từ thông: (2.16) Biên độ vector từ thông stato thường được giữ không đổi và dòng điện đó mômen được điều chỉnh bởi góc giữa các vector từ thông. Các động cơ bình thường có hằng số thời gian điện từ của mạch rôto cỡ hàng trăm miligiây, vì vậy có thể coi từ thông rôto là ổn định và biến đổi chậm hơn từ th._.