Hình 1. Một số ứng dụng của hệ truyền động băng tải (nguồn: internet).
Với quy mô sản xuất trong các ngành công nghiệp ngày càng lớn, hệ truyền động băng tải ngày nay đã trở thành một bộ phận không thể thiếu. Chúng giúp giảm chi phí cũng như sức người trong việc vẫn chuyển vật liệu, khoáng sản từ nơi khai thác đến nơi sản xuất, băng tải cũng giúp cho việc vận chuyển hàng hóa một cách dễ dàng hơn. Có thể nói, ngày nay, hệ truyền động băng tải đã được ứng dụng rất rộng rãi, chúng tham gia vào hầu hết các lĩnh vực, từ phạm vi công nghiệp cho đến phạm vi dân dụng. Hình 1 thể hiện 2 trong số rất nhiều lĩnh vực có sự góp mặt của hệ truyền động băng tải.
Vậy thế nào là “băng tải”?
Hình 2. Hệ truyền động băng tải (nguồn: internet).
Hình 2 thể hiện cấu trúc của một bằng tải, Cấu trúc này bao gồm 2 hoặc nhiều puli (pulley) kết hợp với dây đai (conveyor belt). Trong quá trình làm việc các puli được cung cấp năng lượng, puli quay và do đó di chuyển dây đai và vật liệu. Các puli được cấp năng lượng được gọi là puli dẫn động. Các puli còn lại được gọi là puli đệm (idler).
Như đã miêu tả ở trên, phạm vi ứng dụng của băng tải là rất rộng, tùy theo nguyên lý hoạt động, chiều vận chuyển hàng hóa, bằng tải có thể là loại băng tải guồng xoắn (skrew conveyor), băng tải rung (vibrating conveyor), băng tải khí nén (pneumatic conveyor) [1].
Một số yêu cầu công nghệ cho hệ truyền động băng tải:
ü Hệ truyền động băng tải yêu cầu momen khởi động rất lớn.
ü Hệ truyền động băng tải có thể vận chuyển số lượng hàng hóa lớn và liên tục.
ü Tiết kiệm năng lượng thông qua việc điều chỉnh tốc độ.
ü Điều khiển quá trình khởi động và yêu cầu dừng chính xác động cơ trên hệ truyền động băng tải.
ü Hoạt động ổn định và dễ dàng tháo lắp, bảo trì.
Và cũng có một thực tế đó là: với những ưu điểm của động cơ xoay chiều không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc như giá đầu tư thấp, động cơ có kết cấu đơn giản thuận tiện cho việc sử dụng,.. Chính vì vậy, động cơ loại này được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của ngành công nghiệp. Cùng với phần còn lại của một hệ thống, chúng góp phần cải thiện hiệu suất, giảm thiểu sức lao động.
Hình 3. Động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc (nguồn: mạng internet).
Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm và lợi ích mà động cơ này mang lại, chúng cũng tồn tại một số các nhược điểm:
ü Dòng điện khởi động động cơ rất lớn, gấp vài lần dòng điện định mức (4-6 lần). Khi động cơ làm việc trong một thời gian dài, gián đoạn, sẽ làm giảm tuổi thọ động cơ.
ü Momen khởi động lớn (do dòng khởi động lớn) khi hoạt động trong thời gian dài sẽ phá hủy các kết cấu cơ khí.
ü Sụt áp trên lưới khi khởi động và dừng động cơ. Mặc dù với kỹ thuật khởi động động cơ Y/Δ giúp hạn chế dòng khởi động, nhưng xét về mặt kinh tế và năng lượng, sụt hao khi khởi động sử dụng đổi nối Y/Δ vẫn là đáng kể.
ü Động cơ hoạt động với các cấp tốc độ đồng bộ và số lượng các cấp tốc độ là hữu hạn. Điều này gây tổn hao không hề nhỏ năng lượng khi áp dụng vào công nghiệp.
Ngày nay, khi nhu cầu và các tiêu chuẩn của con người ngày càng cao hơn và cũng trở nên khắt khe hơn (như tăng hiệu suất, tối ưu năng lượng tiêu thụ để tiết kiệm chi phí sản xuất, ..).Chính điều này đã thúc đẩy nền khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển. Nhờ đó các kỹ thuật điều khiển động cơ, lý thuyết điều khiển tự động cũng trở nên hoàn thiện hơn. Và đi cùng với sự hoàn thiện đó là sự ra đời của các loại biến tần (Inveter). Các biến tần được xem là câu trả lời hoàn hảo cho những đòi hỏi khắt khe nêu trên. Mặc dù giá thành của một biến tần là tương đối cao. Tuy nhiên, qua thực tiễn sản xuất, việc áp dụng các biến tần trong nền công nghiệp giúp giảm điện năng tiêu thụ và thu hồi vốn đầu tư một cách nhanh chóng.
Sự xuất hiện của biến tần trong hệ truyền động băng tải sẽ có những ưu điểm gì?
Vai trò của biến tần:
Hình 4. Hiện đại hóa dây chuyền sàng tuyển với hệ thống điều khiển sử dụng biến tần Hitachi SJ700
Công trình mỏ than Cao Sơn – Hải Anh Jsc (nguồn: haianhjsc.vn).
Hình 4 là một trong số rất nhiều công trình tiêu biểu mà công ty chúng tôi đã thực hiện. Dự án được triển khai với 45 biến tần được trang bị cho 6 cụm điều khiển riêng rẽ trong các khâu công nghệ của nhà máy. Cho đến nay, toàn bộ hệ thống vẫn được vận hành trơn tru và tiết kiệm chi phí sản xuất cũng như cải thiện hiệu suất của hệ thống. Biến tần Hitachi đóng góp 1 phần không nhỏ vào thành công này.
Một số những lợi ích chính khi sử dụng biến tần cho hệ truyền động băng tải:
ü Biến tần có thể tạo momen khởi động lớn mà vẫn đảm bảo chỉ số an toàn về dòng khởi động trong giới hạn cho phép.
ü Giải quyết được yêu cầu khởi động và dừng chính xác của hệ thống.
ü Điều chỉnh tốc độ một cách trơn tru.
Ưu điểm khi sử dụng biến tần Hitachi:
Hình 5. WJ200, SJ700 – Giải pháp hoàn hảo
cho các ứng dụng cầu trục và thiết bị nâng hạ
Cho ứng dụng băng tải, Hitachi đưa ra 2 mẫu biến tần Hitachi dòng WJ200 và SJ700. Biến tần WJ200 được dùng trong các ứng dụng yêu cầu công suất vừa và nhỏ. SJ700 với tính năng hoạt động mạnh mẽ được sử dụng cho các hệ thống lớn.
Cả 2 dòng biến tần Hitachi này đều có khả năng lập trình sử dụng chương trình Ez-SQ [4] (chương trình dành riêng cho các biến tần Hitachi). Điều này cho phép biến tần có thể khởi động, dừng một cách chính xác và thuận tiện theo một chương trình được viết từ người sử dụng. Ez-SQ cũng cho phép người sử dụng cài đặt thời gian khởi động, tăng tốc, duy trì hoạt động và dừng động cơ một cách rất linh hoạt.
Hình 6. Bảng lựa chọn biến tần Hitachi cho các ứng dụng cụ thể [5].
Ngoài ra, Các chức năng an toàn của biến tần ngày càng được Hitachi phát triển để đảm bảo sự an toàn của người dùng cũng như của toàn hệ thống. Biến tần SJ700 được trang bị thêm tính năng mới: dừng khẩn cấp thông qua nút bấm (hình 7). Hình 7 là sơ đồ nguyên lý hoạt động với nút dừng khẩn cấp. Nút bấm được kết nối trực tiếp với phần ngắt mà không thông qua CPU của biến tần. Điều này rất thuận tiện cho người dùng trong quá trình sử dụng. Đặc biệt cho các hệ truyền động băng tải.
Hình 7. Chức năng dừng khẩn cấp của biến tần SJ700 (nguồn:halngroup.vn)
Dòng sản phẩm biến tần Hitachi được nhiệt đới hóa phù hợp với điều kiện hoạt động ở Việt Nam, chúng được thiết kế với tuổi thọ làm việc hơn 10 năm. Đồng thời, giá đầu tư khi trang bị biến tần dòng Hitachi cho cơ sở sản xuất là không cao.
Ưu điểm của việc sử dụng biến tần Hitachi:
Hình 8. Hệ thống băng tải tại nhà máy xi măng Cẩm Phả – Quảng Ninh (nguồn: haianhjsc.vn)
Tài liệu tham khảo:
[1] http://en.wikipedia.org/wiki/Conveyor_belt
[2] http://www.hitachi-ies.co.jp/english/products/inv/sj700/index.htm
[3] http://www.hitachi-ies.co.jp/english/products/inv/wj200/index.htm
[4] Hitachi, Ltd., : Hitachi Inverter: Easy-Sequence Programing Software(EzSQ) – Instruction Manual.
[5] Fu He, Hitachi Asia Ltd, “Inverter Presentation Materials (For HaiAnh)”.