Thiết kế và thi công máy trộn bê tông

Thiết kế và thi công máy trộn bê tông

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ NGÀNH TỰ ĐỘNG HÓA

LỜI CẢM ƠN Luận văn tốt nghiệp là cơ hội quan trọng nhất trong hơn suốt 4 năm Đại học để sinh viên có thể kiểm chứng thực tế với lý thuyết đã học khi con ngồi trên

ghế nhà trường Qua luận văn này em đã học được rất nhiều kiến thức chuyên

ngành và biết ứng dụng nó vào thực tế |

Em xin chân thành cảm ơn thây Đặng Đắc Chi là giáo viên trực tiếp hướng

dẫn đã tận tình chỉ bảo em hoàn thành cuốn luận văn này

Em xin chân thành cảm ơn đến các Thầy Cô trong Khoa Điện - Điện tử trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ Tp.HCM, đặc biệt là các Thầy Cô trong bộ

môn Tự Động Hóa đã truyền thụ những kiến thức quý báu để em thực hiện tốt

luận văn này

N goai ra em xin chân thành cảm ơn Thầy Tạ Hoàng Hảo, anh Phương và

_ các anh chị ở công ty TNHH KT-TM S.LS, bạn bè đã quan tâm giúp đỡ và tạo

điều kiện cho em hoàn thành tốt cuốn luận văn này

Nhân dịp năm mới em xin chúc các thầy cô, bạn bè và gia đình một năm mới An khang thịnh vượng

Sinh viên thực hiện

Võ Minh Thùy

Chương 2: Khái niệm hệ thống cân trộn bê tông

2.1 Khái niệm chung về bê tông _ -. ¿2-5-5 52<5<<scsc<ces

2.2 Các thành phần cấu tạo bê tông .: -.-. 5- S55 ceserreeerereree 2.3 Nguyên tắc cơ bản tạo bê tông từ máy trộn

2.4 Thiết kế thành phần bê tông — ,Ô

2.5 Sơ lược về nguyên tắc hoạt động c c-cccce

Chương 3: Khảo sát PLC của hãng OMRON

3.1 Khảo sát loại CPMÌA - -G- Ăn SH gu xe

3.2 Các kiểu liên kết truyển thông của PLC - <5:

3.3 Các bộ phối hợp truyền dẫn .- 5-5-5 ScSesesx+e se

3.4 Các phương pháp giao tiếp giữa PLC và máy tính

3.5 PLC C200HG (ding trong mô hình) .- c.ceee

Chương 4: Hệ thống cân sử dụng loadcell

Chương Š: Thiết bị đầu cân CPXCDC 2C của hãng REDLION

5.1 Mục đích sử dụng đầucân 5xx cv chư cv rec 5.2 Nối dây cho cổng truyền thông RS_232 255 ccccsea 5.3 Truyền thông nối tiẾp ct+©©+eterxxrtrrrrrtrkrrrrkrrrrrrkee

LỜI NÓI ĐẦU

Nước ta đang trong công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa để từng bước

bắt kịp sự phát triển trong khu vực Đông Nam Á và thế giới về mọi mặt kinh tế và

xã hội Công nghiệp sản xuất hàng hóa đóng vai trò quan trọng trong việc phát

triển kinh tế Việc tự động hóa là sự lựa chọn không tránh khỏi trong mọi lĩnh vực

_ nhằm tạo ra sản phẩm có chất lượng cao, tăng khả năng cạnh tranh mạnh mẽ trên

thị trường

Ngày nay, công nghệ điện tử và tin học ngày càng phát triển, đã góp phần

nâng cao năng suất lao động một cách đáng kể Đặc biệt là các bộ điều khiển

chương trình xuất hiện đã đáp ứng hầu hết các yêu cầu dé ra của nền sản xuất

công nghiệp hiện đại: Tốc độ sản xuất phải nhanh, chất lượng cao và ít phế phẩm,

giá nhân công hạ, thời gian chết của máy móc là tối thiểu

PLC là một thiết bị chuyên dùng trong tự động điều khiển, nó được dùng

để thay thế các thiết bị điều khiển cổ điển có tốc độ chậm và kém chính xác Với

một PLC, ta có thể thay đổi chương trình vận hành theo ý muốn Điều này được

thực hiện khá dễ dàng nhờ sự diéu khiển khá mêm của PLC Ngày nay PLC được

ứng dụng rất rộng rãi trong hầu hết các dây chuyển sản xuất tự động

Có rất nhiều PLC của các hãng sản xuất khác nhau, tuy nhiên em chỉ khảo

- sát PLC của hãng OMRON trong việc thu thập dữ liệu từ PLC và truyền dữ liệu

tác động đến PLC thông qua RS232 —

Với kiến thức còn nhiều hạn chế và thời gian làm có hạn nên tập Luận án

này không tránh khỏi sự thiếu sót, rất mong sự đóng góp ý kiến của quý Thây, Cô

Sinh viên thực hiện

Võ Minh Thùy

CHƯƠNG 1

ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1 SƠ LƯỢC VỀ SỰ PHÁT TRIỂN:

Thiết bị điều khiển lập trình đầu tiên đã được những nhà thiết kế cho ra đời năm 1968 Tuy nhiên, hệ thống này còn khá đơn giản và cổng kểnh, người sử dụng

còn gặp nhiều khó khăn trong việc vận hành hệ thống Vì vậy các nhà thiết kế từng

bước cải tiến hệ thống làm cho hệ thống đơn giản, gọn nhẹ, dễ vận hành, nhưng

việc lập trình cho hệ thống còn khó khăn, do lúc này không có các thiết bị lập trình

ngoại vi hỗ trợ cho công việc lập trình

Để đơn giản hóa việc lập trình, hệ thống điều khiển lập trình cầm tay đầu tiên được ra đời vào năm 1969 Điều này đã tạo ra được một sự phát triỂn thực sự cho

kỹ thuật điều khiển lập trình Trong giai đoạn này các hệ thống điều khiển lập trình

chỉ đơn giản nhằm thay thế hệ thống Relay và dây nối trong hệ thống điều khiển

cổ điển Qua quá trình vận hành, các nhà thiết kế đã từng bước tạo ra được một tiêu

chuẩn mới cho hệ thống, tiều chuẩn đó là: Dạng lập trình dùng giản đổ hình thang

Trong những năm đầu thập niên 1970, những hệ thống PLC còn có thêm khả năng

vận hành với những thuật toán hỗ trợ, “vận hành với các dữ liệu cập nhật” Do sự

phát triển của loại màn hình dùng cho máy tính, nên việc giao tiếp giữa người điều

khiển để lập trình cho hệ thống càng trở nên thuận tiện hơn

Sự phát triển của hệ thống phần cứng và phần mềm từ năm 1975 cho đến nay

đã làm cho hệ thống PLC phát triển mạnh hơn với các chức năng mở rộng: Hệ

thống ngõ vào/ra có thể tăng lên đến 8000 cổng vào/ra, dung lượng bộ nhớ chương

trình tăng lên hơn 128000 từ bộ nhớ Ngoài ra các nhà thiết kế còn tạo ra kỹ thuật

kết nối với các hệ thống PLC riêng lẽ thành một hệ thống PLC chung, tăng khả

năng của từng hệ thống riêng lẽ Tốc độ xử lý của hệ thống được cải thiện, chu kỳ

quét nhanh hơn làm cho hệ thống PLC xử lý tốt với những chức năng phức tạp, số

lượng cổng ra/vào lớn

Trong tương lai hệ thống PLC không chỉ giao tiếp với các hệ thống khác thông qua CIM (Computer Integrated Manufacturing) để điều khiển các hệ thống:

Robot, Cad/Cam, Ngoài ra các nhà thiết kế còn đang xây dựng các loại PLC với

các chức năng điều khiển “thông minh” còn gọi là các siêu PLC_ cho tương lai

1.2 CẤU TRÚC VÀ NGHIÊN CỨU HOẠT ĐỘNG CỦA MỘT PLC:

1.2.1 Cấu trúc:

Một hệ thống lập trình cơ bản phải gồm có hai phần: khối xử lý trung tâm

(CPU: Central Processing Unit) va hé théng giao tiép vao/ra (I/O):

Hình 1.1: Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển lập trình

Khối điều khiển trung tâm (CPU) gồm ba phần: bộ xử lý, hệ thống bộ nhớ

và hệ thống nguồn cung cấp:

Processor Memory

Hình 1.2: Sơ đồ khối tổng quát của CPU

1.2.2 Hoạt động của một PLC:

Về cơ bản hoạt động của một PLC cũng khá đơn giản Đầu tiên, hệ thống

các cổng vào/ra dùng để đưa các tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi vào CPU (như các

sensor, contact, tín hiệu từ động cơ ) Sau khi nhận được tín hiệu ở ngõ vào thì

CPU sẽ xử lý và đưa các tín hiệu điều khiển qua Module xuất ra các thiết bị được

điều khiển

Trong suốt quá trình hoạt động, CPU đọc hoặc quét dữ liệu hoặc trạng thái của các thiết bị ngoại vi thông qua ngõ vào, sau đó thực hiện các chương trình trong

Chương 1 | Đặt vấn đề

bộ nhớ như sau: một bộ đếm chương trình sẽ nhặt lệnh từ bộ nhớ chương trình đưa

ra thanh ghi lệnh để thi hành Chuong trinh 6 dang STL (Statement List — Dạng

lệnh liệt kê) hay ở dạng LADDER (dạng hình thang) sẽ được dich ra ngôn ngữ máy

cất trong bộ nhớ chương trình Sau khi thực hiện xong chương trình, CPU sẽ gởi

hoặc cap nhật tín hiệu tới các thiết bị, được điều khiển thông qua Module xuất Một

chu kỳ gồm đọc tín hiệu ở ngõ vào, thực hiện chương trình và gởi cập nhật tín hiệu

ở ngõ ra được gọi là một chu kỳ quét

Thực tế khi PLC thực hiện chương trinh (Program Execution), PLC khi cap nhật tín hệ ngõ vào (ON/OFF), các tín hiệu này không được truy xuất tức thời để

đưa ra Ởở ngõ ra mà quá trình cập nhật tín hiệu ở ngõ ra (ON/OFF) phải theo hai

bước: khi xử lý thực hiện chương trình, vi xử lý sẽ chuyển đổi các mức logic tương

ứng ở ngõ ra trong “chương trình nội” (đã được lập trình), các mức logic này sé

chuyển đổi ON/OFE Tuy nhiên lúc này các tín hiệu ở Ở ngõ ra “thật” (tức tín hiệu

được đưa ra tại Module out vẫn chưa được đưa ra Khi xử lý kết thúc chương trình

xử lý, việc chuyển đổi các mức logic (của các tiếp điểm) đã hoàn thành thì việc cập

nhật các tín hiệu ở ngõ ra mới thực sự tác động lên ngõ I ra để điều khiển các thiết bị

Ở ngõ ra

Thường việc thực thi một vòng quét xảy ra với thời gian rất ngắn, một vòng quét đơn có thời gian thực hiện một vòng quét từ 1ms tới 100ms Việc thực hiện

một chu kỳ quét dài hay ngắn còn phụ thuộc vào độ dài của chương trình và cả mức

độ giao tiếp giữa PLC với các thiết bị ngoại vi (màn hình hiển thị ) Vi xử lý chỉ có

đọc được tín hiệu ở ngõ vào chỉ khi nào tín hiệu này tác động với khoảng thời gian

lớn hơn một chu kỳ quét Nếu thời gian tác động ở ngõ vào nhỏ hơn một chu kỳ

quét thì vi xử lý xem như không có tín hiệu này Tuy nhiên trong thực tế sẩn xuất,

thường các hệ thống chấp hành là các hệ thống cơ khí nên tốc độ quét như trên có

thể đáp ứng được các chức năng của dây chuyển sản xuất Để khắc phục khoảng

thời gian quét dài, ảnh hưởng đến chu trình sản xuất, các nhà thiết kế còn thiết kế

hệ thống PLC cập nhật tức thời, các hệ thống này thường được áp dụng cho các

PLC lớn có số lượng 1O nhiều, truy cập và xử lý lượng thông tin lớn

1.3 SO SÁNH PLC VỚI CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÁC -LỢI ÍCH

CỦA VIỆC SỬ DỤNG PLC:

1.3.1 So sánh PLC với các hệ thống điều khiển khác:

1.3.1.1 PLC với hệ thống điều khiển bằng Relay:

Việc phát triển hệ thống điều khiển bằng lập trình đã dẫn dẫn thay thế từng bước hệ thống điều khiển bằng Relay trong các quá trình sản xuất Khi thiết kế một

10

hệ thống điểu khiển hiện đại, người kỹ sư phải cân nhắc, lựa chọn các hệ thống, hệ

thống điều khiển lập trình thường được sử dụng thay cho hệ thống điểu khiển bằng

Relay do các nguyên nhân sau:

- Thay đổi trình tự điều khiển một cách linh động

- Có độ tin cậy cao

Khoảng không lắp đặt thiết bị nhỏ, không chiếm diện tích

Có khả năng đưa tín hiệu điều khiển ở ngõ ra cao

Sự chọn lựa dữ liệu một cách thuận lợi, dễ dàng

Dễ dàng thay đổi cấu hình (hệ thống máy móc sản xuất) trong tương lai khi có

nhu cầu mở rộng sản xuất

Đặc trưng cho hệ thống điều khiển chương trình là phù hợp với những nhu cầu

đã nêu trên, đồng thời về mặt kinh tế và thời gian thì hệ thống điều khiển lập trình

cũng vượt trội hơn hệ thống điều khiển cổ điển (Relay, Contactor, ) Hệ thống

điều khiển này cũng phù hợp với sự mở rộng hệ thống trong tương lai do không

phải đổi, bỏ hệ thống dây nối giữa hệ thống điều khiển và các thiết bị, mà chỉ đơn

giản là thay đổi chương trình cho phù hợp với điều kiện sản xuất mới

Chương 1 Dat van dé

1.3.1.2 PLC véi may tinh:

Cấu trúc giữa máy tính với PLC đều dựa trên bộ vi xử lý (CPU) để xử lý dữ

liệu Tuy nhiên có một vài cấu trúc quan trọng cần phan t biét để thấy rõ sự khác

biệt giữa một PLC và một máy tính :

- Không như máy tính, PLC được thiết kế đặc biệt để hoạt động trong môi trường

công nghiệp Một PLC có thể được lắp đặt ở những nơi có độ nhiễu diện cao, vùng

có từ trường mạnh, có các chấn động cơ khí, nhiệt độ môi trường cao

- Điều quan trọng thứ hai đó là: một PLC được thiết kế với phần cứng và phần

mềm sao cho dễ lắp đặt (đối với phần cứng) đồng thời về mặt chương trình cũng

phải dễ dàng để người sử dụng (kỹ sư, kỹ thuật viên) thao tác lập trình một cách

nhanh chóng, thuận lợi (ví dụ: lập trình bằng ngôn ngữ hình thang )

1.3.1.3 PLC với máy tính cá nhân PC (Personal Computer):

Đối với một PC, người lập trình dễ nhận thấy được sự khác biệt giữa PC với

PLC, sự khác biệt có thể biết được như sau:

- Máy tính không có các cổng giao tiếp trực tiếp với các thiết bị điều khiển, đồng

thời máy tính cũng hoạt động không tốt trong môi trường công nghiệp

- Ngôn ngữ lập trình trên máy tính không phải là dạng hình thang, máy tính ngoài

việc sử dụng các phần mềm chuyên biệt cho PLC, còn phải thông qua việc sử dụng

các phần mềm khác, làm "chậm" đi quá trình giao tiếp với các thiết bị được điều

khiển

Tuy nhiên qua máy tính, PLC có thể dễ dàng kết nối với các hệ thống khác, cũng như PLC có thể sử dụng bộ nhớ (có dung lượng rất lớn) của máy tính làm bộ

nhớ của PLC

1.3.2 Lợi ích của việc sử dụng PLC:

Cùng với sự phát triển của phần cứng và phần mêm, PLC ngày càng tăng

được các tính năng cũng như lợi ích của PLC trong hoạt động công nghiệp Kích

thước của PLC hiện nay được thu nhỏ lại để bộ nhớ và số lượng LO càng nhiều

hơn, các ứng dụng của PLC càng mạnh hơn giúp người sử dụng giải quyết được

nhiều vấn để phức tạp trong điều khiển hệ thống

Lợi ích đầu tiên của PLC là hệ thống điểu khiển chỉ cần lắp đặt một lần (đối

với sơ đồ hệ thống, các đường nối dây, các tín hiệu ở ngõ vào/ra ), mà không phải

thay đổi kết cấu của hệ thống sau này, giảm được sự tốn kém khi phải thay đổi lắp

đặt khi đổi thứ tự điều khiển (đối với hệ thống điều khiển Relay), khả năng chuyển

12

đổi hệ điều khiển cao hơn (như giao tiếp giữa các PLC để truyền dữ liệu điểu khiển

lẫn nhau), hệ thống được điều khiển linh hoạt hơn

Không như các hệ thống cũ, PLC có thể dễ dàng lắp đặt do chiếm một khoảng không gian nhỏ hơn nhưng điều khiển nhanh, nhiều hơn các hệ thống khác

Điều này càng tỏ ra thuận lợi hơn đối với các hệ thống điều khiển lớn, phức tạp, và

quá trình lắp đặt hệ thống PLC ít tốn thời gian hơn các hệ-thống khác

Cuối cùng là người sử dụng có thể nhận biết các trục trặc hệ thống của PLUC

nhờ giao diện qua màn hình máy tính (một số PLC thế-hệ sau có khả năng nhận

biết các hồng hóc của hệ thống và báo cho người sử dụng), điều này làm cho việc

sửa chữa thuận lợi hơn

1.4 MỘT VÀI LĨNH VỰC TIÊU BIỂU UNG DUNG PLC:

Hiện nay PLC đã được ứng dụng thành công trong nhiều lĩnh vực sản xuất cả

trong công nghiệp và dân dụng Từ những ứng dụng để điều khiển các hệ thống

đơn giản, chỉ có chức năng đóng/mở (ON/OFF) thông thường đến các ứng dụng cho

các lĩnh vực phức tạp đòi hỏi tính chính xác cao, ứng dụng các thuật toán trong quá

trình sản xuất Các lĩnh vực tiêu biểu ứng dụng PLC hiện nay bao gồm:

- Hóa học và dầu khí: Định áp suất (dầu), bơm dâu, điều khiển hệ thống ống dẫn,

cân đong trong ngành hóa

- Chế tạo máy và sản xuất: : Tự động hóa trong chế tạo máy, cân đong, quá trình

lắp đặt máy, điều khiển nhiệt độ lò kim loại

- Thuy tinh va phim ảnh: quá trình đóng gói, thử nghiệm vật liệu, can dong, các

khâu hoàn tất sản phẩm, đo cắt giấy

- Thực phẩm, rượu bia, thuốc lá: đếm sản phẩm, kiểm trà sản phẩm, kiểm soát quá

trình sản xuất, bơm (bia, nước trái cây, .), cân đong, đóng gói, hòa trộn

- Kim loại: điều khiển quá trình cán, cuốn (thép), quy trình sản xuất, kiểm tra chất

lượng

- Năng lượng: điều khiển nguyên liệu (cho quá trình đốt, xử lý trong các turbin ),

các trạm cần hoạt động tuần tự khai thác vật liệu một cách tự động (than, gỗ, dầu

mỏ, .)

1.5 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN :

Hệ thống điều khiển là gì? Một hệ thống điểu khiển là tập hợp những dụng

cụ, thiết bị điện tử, được dùng ở những hệ thống cần đảm bảo tính ổn định, sự chính

xác, sự chuyển đổi nhịp nhàng của một quy trình hoặc một hoạt động sản xuất Nó

thực hiện bất cứ yêu cầu nào của dụng cụ, từ cung cấp năng lượng đến một thiết bị

bán dẫn Với thành quả của sự phát triển nhanh chóng của công nghệ thì việc điểu

khiển những hệ thống phức tạp sẽ được thực hiện bởi một hệ thống điều khiển tự

13

động hóa hoàn toàn, đó là PLC, nó được sử dụng kết hợp với máy tính chủ Ngoài

ra, nó còn giao diện để kết nối với các thiết bị khác như: bảng điều khiển, động cơ,

contact, cuộn đây

Khả năng chuyển giao mạng của PLC có thể cho phép chúng phối hợp xử

lý, điều khiển những hệ thống lớn Ngoài ra, nó còn thể hiện sự linh hoạt cao trong

việc phân loại các hệ thống điều khiển Mỗi một bộ phận trong hệ thống điều

khiển đóng một vai trò rất quan trọng Ta thấy PLC sẽ không nhận biết được điều

gì nếu nó không được kết nối với các thiết bị cảm biến Nó cũng không cho phép

bất kỳ các máy móc nào hoạt động nếu ngõ ra của PLC không được kết nối với

động cơ hay các loại thiết bị máy móc khác Và tất nhiên, vùng máy chủ phải là nơi

liên kết các hoạt động của một vùng sản xuất riêng biệt

14

Chương 2 | Khái niệm hệ thống côn trộn bê tông

CHƯƠNG 2

KHÁI NIỆM HỆ THỐNG CÂN TRỘN BÊ TÔNG

2.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ BÊ TÔNG:

Bê tông là loại vật liệu đá nhân tạo bằng cách đổ khuôn và làm rắn chắc

một lớp hỗn hợp hợp lý của chất kết dính (xi măng), cốt liệu (cát, sổi hay đá đăm)

và phụ gia Hỗn hợp nguyên liệu mới nhào trộn xong được gọi là hỗn hợp bê tông

hay bê tông tươi

Một hỗn hợp bê tông xi măng chiếm 8%-15%, cốt liệu chiếm 80%-85%

Ngoài ra còn có thêm phụ gia để thỏa mãn yêu cầu đặt ra Có nhiều loại bê tông

tùy thuộc vào thành phần cát, đá, xi măng, nước Mỗi thành phần cát, đá, xi măng

khác nhau sẽ tạo nên nhiều loại mác bê tông khác nhau

Trong lĩnh vực xây dựng, bê tông là một nguyên liệu vô cùng quan trọng,

chất lượng của bê tông có thể đánh giá được chất lượng của toàn bộ công trình Do

đó việc xác định chính xác khối lượng từng nguyên liệu có trong thành phần bê

tông cũng chính là việc xác định chất lượng của nó Vì vậy nhiệm vụ cân trộn bê

tông được đề ra Trong luận án này chỉ mô tả một hệ thống cân xi măng, cát, đá

hoạt động theo hai phương pháp Đó là hoàn toàn tự động hoặc điều khiển bằng

tay Nhiệm vụ chủ yếu là khối lượng nguyên liệu cân cần chính xác với khối lượng

đặt, cảm biến được sử dụng xác định trọng lượng là loadcell

- Xác định ứng dụng của bê tông:

Những công trình xây dựng khác nhau cần có những loại bê tông khác nhau

để thích ứng với môi trường xung quanh Ví dụ như bê tông dùng để xây dựng nhà

cao tầng yêu cầu chất lượng rất cao, khả năng chịu nén tốt Bê tông dùng để đúc

các trụ cầu cần phải có chất phụ gia nhanh đông cứng và có độ bên cao trong môi

trường nước Do đó bê tông sẽ có những loại khác nhau tùy thuộc vào mục đích sử

dụng Loại bê tông được xác định dựa vào tỷ lệ pha trộn các thành phần

- Xác định loại xi măng

- Xác định thành phần cát đá

- Xác định tỷ lệ nước

Vì vậy để điều khiển một hệ thống trộn thực tế cần phải kết hợp nhiều vấn

để từ cơ khí, kỹ thuật xây dựng đến điêu khiển tự động

15

Chương 2 Khái niệm hệ thống cân trộn bê tông

2.2 CÁC THÀNH PHẦN CẤU TẠO BÊ TÔNG:

2.2.1 Xi mang:

Là loại hợp chất kết dính vô cơ rắn trong nước, hình đạng là loại bột mịn

Tùy vào lượng các thành phần hoá học mà qui định xi măng thành các loại mác

khác nhau Việc chọn mác xi măng được thực hiện theo đặc tính yêu cầu của ngành

xây dựng

2.2.2 Đá dăm:

Có nhiều loại được qui định bằng kích cỡ đá 10 + 20, 20 + 30 (mm) Tùy

vào loại mác bê tông và yêu cầu của sản phẩm mà chọn loại đá cho phù hợp Trong

thành phần của bê tông đá dăm chiếm 52%

2.2.3 Cát:

Trong việc chế tạo bê tông có thể dùng cát thiên nhiên hay cát nhân tạo

Kích thước hạt cát từ 0.4 + 5m Chất lượng cát phụ thuộc vào thành phần khoáng,

thành phần tạp chất, thành phần hạt Trong thành phần của bê tông cát chiếm

khoảng 29%

2.2.4 Phụ gia:

Phụ gia sử dụng thường có hai loại: loại rắn nhanh và loại hoạt động bể mặt

Phụ gia rắn nhanh thường là các loại muối gốc Clo hoặc là các loại hỗn hợp của

chúng Do đó làm tăng nhanh quá trình thủy hoá mà phụ gia rắn nhanh có khả năng

rút ngắn quá trình rắn chắc của bê tông trong điều kiện tự nhiên và ở tuổi 28 ngày

Phụ gia hoạt động bề mặt mặc dù sử dụng một lượng nhỏ nhưng có khả năng cải

thiện đáng kể tính chất của hỗn hợp bê tông và tăng cường nhiều tính chất khác của

bê tông

Hiện nay trong công nghệ bê tông người ta sử dụng phụ gia đa chức năng —

hỗn hợp của phụ gia rắn nhanh và phụ gia hoạt động bể mặt

Chương 2 Khái niêm hệ thống cân trộn bê tông

nước biển, nếu tổng các loại muối chứa trong nước không vượt quá 35 g trong l lít

nước

Chất lượng của nước được đánh giá bằng phân tích hoá học Ngoài ra, về mặt định tính cũng có thể đánh giá so sánh cường độ của bê tông chế tạo bằng nước

uống và nước nghi ngờ

2.3 NGUYEN TAC CO BAN TAO SAN PHAM BE TONG TU MAY TRON:

Hỗn hợp bê tông được chuẩn bị tại các trạm trộn Quá trình thi công bao gồm các khâu sau:

2.3.1 Cân đong:

Cân đong nguyên vật liệu theo khối lượng được thực hiện bằng tay hoặc tự

động Cân đong tự động thường được áp dụng tại các trạm trộn trung tâm hoặc tại

các nhà máy Cân đong bằng tay thường được áp dụng tại các trạm trộn nhỏ Sai số

cho phép khi cân đong: đối với xi măng +1%, đối với cốt liệu +2% Khi cân đong

phải chú ý đến độ ẩm của cốt liệu để điều chỉnh cho chính xác

Trộn là khâu quan trọng để đảm bảo độ đồng nhất cho hỗn hợp bê tông Có

hai loại máy trộn: trộn tự do và trộn cưỡng bức

Máy trộn tự do dùng cho hỗn hợp bê tông dẻo

Nguyên tắc làm việc của máy trộn tự do khi thùng trộn quay các lưỡi xẻng

gắn bên trong nâng hỗn hợp lên đến một độ cao thích hợp rồi thả cho nó rơi tự do

Hỗn hợp bê tông cứng và kém dẻo được trộn trong máy trộn cưỡng bức, các lưỡi xẻng được được gắn lên trục quay

2.3.2 Vận chuyển:

Vận chuyển hỗn hợp bê tông được thực hiện bằng xe ôtô, xe cut kít, xe con thoi để đảm bảo độ đồng nhất và độ dẻo cho hỗn hợp bê tông thời gian vận chuyển

không vượt quá thời gian cho phép

30 phút khi nhiệt độ của hỗn hợp 20 — 30°C

60_ phút khi nhiệt độ của hỗn hợp 10 —19°C

120 phút khi nhiệt độ của hỗn hợp 5—9°C :

17

Chương 2 Khái niệm hệ thống cân trôn bê tông

2.4 THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG:

Để tạo ra một sản phẩm bê tông thì nhà sản xuất phải biết được nhu cầu

thiết kế thành phần của nó

Thiết kế thành phần bê tông là lựa chọn tỷ lệ hợp lý các nguyên vật liệu

thành phần (nước, xi măng, cát, đá hoặc sỏi) cho bê tông sao cho đảm bảo các yêu

cầu kỹ thuật và kinh tế Để tính toán thành phần của bê tông cần phải biết trước

những điều kiện sau: cường độ và tính chất yêu cầu khác của bê tông và hỗn hợp

của bê tông: đặc tính của nguyên vật liệu sử dụng, đặc điểm và điều kiện làm việc

Nguyên liệu cát, đá, xi măng từ bổn chứa lần lượt được đưa xuống bổn cân

bởi các van khí nén và cân theo từng giá trị đã đặt trước, cân đủ thì hỗn hợp nhiên

liệu đó tiếp tục được đưa xuống bổn trộn, khi đã nhào trộn đều thì hỗn hợp bê tông

được đưa ra ngoài

Nhiệm vụ chính của luận án là cho nhiên liệu từ bồn chứa vào bổn cân, cần phải cân chính xác từng loại nguyên liệu, phải điều khiển được mô hình trực tiếp

bằng máy tính và bằng tay

18

3.1.1 Giới Thiệu Chung:

Các bộ điều khiển lập trình của hãng OMRON rất đa dạng, gồm các loại

CPMIA, CPM2A, CPM2C, CQMI, C200NG, Những loại PLC trên tạo thành từ

những modules rời kết nối lại với nhau, có thể cho phép mở rộng dung lượng bộ

nhớ và mở rộng vác ngõ vào, ra Vì vậy chúng được sử dụng rất linh hoạt và đa

dạng trong thực tiễn Ngoài ra, hãng OMRON còn sản xuất các bộ PLC có cấu trúc

cố định, các PLC này chỉ được cho các công việc đặc biệt nên không đòi hỏi tính

linh hoạt cao

Các PLC đều có cấu trúc gồm: bộ nguồn, CPU, các Port I/O, céc modules

VO đặc biệt Để có được một bộ PLC hoàn chỉnh thì ta phải lắp ráp các modules

này lại với nhau Việc kết nối này thực hiện khá đơn giản và cho phép thay thế dễ

“ —»| Bộ lập trình

` cam tay dién

Chương 3 khảo sát PLC của hãng omron

3.1.2 Cấu hình tổng quát :

Các PLC Omron ngày nay đều có cấu hình dang module PLC bao gồm

nhiều module, mỗi module thực hiện một chức năng khác nhau Việc liên kết,

thông tin giữa các module được thực hiện thông qua cáp truyền thông

Các Rack và các Slot cũng như các loại cáp truyền thông đều đảm bảo cung cấp cả nguồn điện hoạt động cho mạch bên trong của các module

Nhờ có cấu hình dạng module nên PLC dễ lắp đặt, vận chuyển và thích hợp cho hệ thống : sản xuất trong công nghiệp và ta có thể lắp đặt các module ở gần

thiết bị cần điểu khiển trong khi CPU chính thì được lắp đặt ở xa vẫn có thể điều

POWER CPU |SLOT4 | SLOT3 | SLOT2 INPUT OUTPUT

MODULE MODULE | MODULE

_ Bang 3.2: Cau hinh PLC

3.1.3 Power module:

Module này nhận điện áp 100 VAC + 240 VAC hoặc điện áp 24 VDC cấp

nguồn cho CPU và các module khác gắn trên cùng một Rack

Sau đây là một số loại module nguồn kiểu C 200H với các cấp điện áp khác

20

Chương 3 khảo sát PLC của hãng omron

Kiểu _ Điện áp cung cấp

3.1.4 Các thành phần của CPU (Central Processing Unit):

Cấu tạo chung của 1 bộ CPU gồm những phân như sau:

3.1.4.1 Nguồn cung cấp:

Tuỳ theo loại CPU mà ta dùng nguồn AC từ 100V-240V hoặc nguồn DC

3.1.4.2 Chân nối đất bảo vệ (đối với loại CPU dùng nguồn AC):

Để bảo vệ an toàn cho người sử dụng

3.1.4.3 Nguồn cung cấp cho ngõ vào :

Đây là nguồn 24V DC được dùng để cung cấp điện áp cho các thiết bị đầu vào (đối với loại CPU dùng nguồn AC)

Chương 3 | khảo sát PLC của hãng omron

3.1.4.5 Các ngõ ra :

Để liên kết CPU với các thiết bị ngõ ra

3.1.4.6 Các đèn báo chế độ làm việc của CPU :

Các đèn báo này cho chúng ta biết chế độ làm việc hiện hành của PLC

3.1.4.7 Đèn báo trạng thái ngõ vào :

Khi một trong các ngõ vào ở trạng thái ON thì đèn báo tương ứng sẽ sáng

3.1.4.8 Đèn báo trạng thái ngõ ra:

Các đèn báo trạng thái ngõ vào sẽ sáng khi các ngõ ra ở trạng thái ON

3.1.4.9 Cổng điều khiển tín hiệu Analog:

Được sử dụng khi tín hiệu vào hoặc ra là tín hiệu Analog, được lưu giữ vào

vùng nhớ IR250 và IR251

3.1.4.10 Cổng giao tiếp với thiết bị ngoại vỉ :

Liên kết PLC với thiết bị lập trình: Máy tính chủ, thiết bị lập trình cầm tay

3.1.4.11 Cổng giao tiếp RS-232C :

22

Chương 3 khảo sát PLC của hãng 0mron

Liên kết PLC với thiết bị lập trình (ngoại trừ thiết bị lập trình cầm tay và máy tính chủ)

3.1.4.12 Communication Switch :

Là công tắc, chọn để sử dụng một trong hai cổng Peripheral hoặc cổng RS-

232 để liên kết với thiết bị lập trình

Đèn Báo Trạng Thái Ý Nghĩa

PWR On PLC đã được.cấp nguồn

(xanh) Off PLC chưa được cấp nguồn

RUN On PLC đang hoạt động ở chế độ RUN

(xanh) hoặc ở chế độ MONITOR

PLC đang ở chế độ PROGRAM

hoặc bị lỗi

COMM - | Dữ liệu đang được chuyển vào CPU

(vàng) -Flashing thông qua cổng: Peipheral hoặc

Off Đèn báo hoạt động bình thường

Bảng 3.4: Các trạng thái trên PLC

23

Chương 3 | _khdo.sdt PLC ciia hang omron

CPU có nhiệm vụ lưu trữ và xử lý chương trình theo các tín hiệu điều khiển từ

xa các module nhập

Bộ vi xử lý bên trong CPU sẽ đọc và kiểm tra chương trình chứa trong bộ nhớ

Nếu có lỗi sẽ báo lỗi và không thực thi chương trình cho đến khi lỗi được sửa chữa

Nếu không có lỗi, chương trình sẽ được thực thi theo thứ tự từng lệnh, đến cuối

chương trình lại quay về thực hiện từ đầu

CPU được cung cấp xung clock với tần số từ 1+8 MHz tùy thuộc vào bộ vi xử

lý Xung này quyết định tốc độ hoạt động của PLC và cung cấp các yếu tố về định

thời, đồng bộ hệ thống

3.1.4.15 CPU có 3 loại bộ nhớ :

3.1.4.15.1 RAM (Ramdomize Access Memory) 2

Bộ nhớ này dùng để lưu trữ chương trình, có thể nạp hay xóa bỏ nội dung của

Ram bất cứ lúc nào Tuy nhiên, nội dung của Ram có thể bị xóa nếu không có

nguồn điện nuôi (khi ta ngắt nguồn điện cung cấp cho PLC) Để tránh tình trạng

này, để chương trình vẫn còn trong Ram khi tắt nguồn điện PLC, nhà sản xuất thiết

kế bên trong CPU một nơi chứa pin làm nguồn điện nuôi cho Ram

3.1.4.15.2 MC (Memory Cassette) :

Một chương trình thông thường có thể được lưu trữ trong Ram mà không cần

lắp thêm Memory Cassette Tuy nhiên, khi cần mở rộng thêm bộ nhớ cho những

ứng dụng lớn hơn Có thể sử dụng thêm Memory Cassette Memory Casstte là loại

EPROM (Erasera Programable Read only Memory), hodc EEPROM (Electrical

Eraserable Program Rom) có dung lượng khoảng 16 Kwords Memory cassette 14

bộ nhớ có thể đọc và viết, và nội dung của nó không bị mất khi không có nguồn

điện nuôi Tuy nhiên cần phải nạp dữ liệu vào memory.cassette bằng một bộ nạp

Prom trước khi lắp vào CPU Đây là bộ nhớ chương trình, dữ liệu xuất nhập của

PLC (1/O data) không thể được lưu trong Memory Cassette

3.1.4.15.1 ROM:

24

Chương 3 - khảo sát PLC của hãng omron

Bộ nhớ này lưu trữ các lệnh điều hành PLC cũng như cách thực hiện khi các

lệnh của chương trình theo mã lệnh Bộ nhớ này được chế tạo bởi nhà sản xuất, nội

dung của nó chỉ có thể được đọc chứ không được viết Nội dung của bộ nhớ này

không bị mất khi mất nguồn điện PLC

Việc cung xuất bộ nhớ PLC được thực hiện thông qua cung xuất địa chỉ Khi

ta viết chương trình mỗi lệnh có một địa chỉ riêng biệt trong bộ nhớ Khi thực thi

chương trình, CPU sẽ truy xuất địa chỉ các lệnh trong bộ nhớ chương trình và thực

3.1.5 Cac Rack Va Slot:

Địa chỉ các từ (words) xuất nhập (/O words) được chỉ định theo vi tri các các

module LO được gắn trên Rack các module I/O được gắn vào các Slot trên Rack

mỗi Slot có một vị trí xác định và vị trí của slot sẽ tương ứng với dia chi I/O words

của module I/O được gắn vào slot đó

Để CPU có thể nhận ra dia chi I/O words cla céc module I/O người sử dụng

phải tạo bảng xuất nhap (I/O table) Khi I/O table dugc tao ra, dia chi I/O word

cia module LO gắn trên Slot tương ứng sẽ hiện lên trên I/O table

Chương 3 khảo sát PLC của hãng omron

Dùng để gắn CPU, ƯO module và các module đặc biệt khác CPU Rack có

thể được dùng riêng sẽ được kết nối với các rack khác để tăng thêm các I/O point

cho PLC Có nhiều loại CPU Rack với slot khác nhau 3Slot, 5slot, 8Slot, 10Slot

Hinh 3.6: Rack Expansion

Đây có thể xem như là phần mở rộng của PLC, nó cung cấp thêm các Slot cho cácmodule được gắn trên nó Expansion Rack cũng có thể được cấp nguồn từ

PLC và truyén thông với PLC thông qua bộ kết nối (connector) trên mặt lưng

(Back Plane) của PLC |

3.1.5.3 Slave Rack :

Chỉ được dùng để gắn 1O Unit va Special I/O Units ma thoi

Khi dudc gin thêm các module điều khiển khác tương ứng với từng loại Rack, khả năng điều khiển của PLC được mở rộng

3.2 CÁC KIỂU LIEN KET TRUYEN THONG CUA PLC:

3.2.1 Truyền thông liên kết chủ :

26

Chương 3_ —_ khảo sát PLC của hãng omron

Là mối liên kết “Chủ — tớ” giữa máy tính chủ hoặc thiết bị lập trình cm tay

với PLC Sử dụng để đọc / ghi dữ liệu từ thiết bị lập trình vào PLC

3.2.1.1 Truyền thông liên kết chủ 1-1:

Thực hiện việc liên kết 1-1 giữa CPM2A CPU với may tính tương thích, máy tính IBM PC/AT hoặc màn điều khiển PT thông q qua cổng Peripheral hoặc

cổng RS- 232C

3.2.1.2 Truyền thông liên kết chủ 1-N: -

Kiểu liên kết này cho phép kết nối 1 máy tính chủ hoặc PT với 32 bộ điểu

khiển lập trình PC, được thực hiện bằng cách dùng bộ nối tương thích (Adaptor)

RS-232C hoặc RS442

3.2.2 Kiéu lién lac Compobus I/O Link:

Là kiểu liên lạc giữa PC và các modul CompoBus I/O M6t CPM2A có thể

liên kết với tối đa 32 modul CompoBus I/O

3.3 CAC BO PHOI HOP TRUYEN DAN:

3.3.1 Adapter RS232C:

3.3.1.1 Phương thức cài đặt khóa:

Chuyển khóa này đến vị trí “HOST” khi đang dùng hệ thống liên kết chủ

(Host Link) để nối đến máy tính cá nhân (Persional Computer) Hoặc khi PC đang

được kết nối với một màn hình điều khiển thì ta chuyển khóa này đến vị trí “NT”

3.3.1.2 Bộ nối kết:

27

Chương 3 _ khảo sát PLC của hãng onwon

Bộ nối kết đến Peripheral Port của CPU

3.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIAO TIẾP GIỮA PLC VÀ MÁ Y TÍNH:

Có nhiều cách để thu thập dữ liệu của PLC qua mạng kết nối giữa máy tính

và các PLC Hãng OMRON đưa ra các phương pháp để kết nối các PLC của họ với

may tinh nhu: SYSMAC LINK, SYSMAC NET LINK, HOST LINK,

CONTROLLER LINK, ETHERNET

Với các mạng trên ta có thể Download chương trình xuống cho từng PLC cũng như giám sát cập nhật được các ô nhớ và trạng thái hoạt động của PLC

3.4.1 Sysmac link:

28

Hình 3.7: Giao tiếp Sysmac Link Cho trao đổi thông tin tốc độ cao, dung lượng lớn giữa 62 đơn vị kết nối

‹ _ Cho phép kết nối tối đa 62 unit SYSMAC LINK trên một mạng Hơn nữa, một

PLC có thể được gắn tối đa là 2 unit SYSMAC LINK _

.‹ _ Cho phép liên kết dữ liệu tối đa 2966 word Cho phép truyền dữ liệu tốc độ cao

và dung lượng lớn với vùng LR và DM

« _ Cáp truyền sử dụng là cáp đồng trục (coaxial cable) hoặc cáp quang Optical

‹ Để kết nối với máy tính, trên máy tính phải sử dụng SYSMAC LINK Support

+ Chiéu dai c4p tối đa là 1km với cáp đồng trục (coaxial cable) và 10km với cáp

quang (Optical fibel cable) Tốc độ truyễn tối đa là 2Mbps, phương pháp truyền

N:N token ring, baseband ,

Có hai loại unit được sử dụng:

C200HW-SLK23/24: dùng cáp đồng trục

C200HW-SLK13/14: dùng cáp quang

3.4.2 Sysmac net link:

29

Hình 3.8: Giao tiếp Sysmac Net Link

Kết nối mạng LAN SYSMAC NET tốc độ cao để nâng cao tốc độ xử lý và tăng độ tin cậy của hệ thống

‹ - Với cáp quang ta có thể đạt được tốc độ cao và khoảng cách dài Phương pháp

truyền thông N:N token ring được sử dụng, kết nối xa lkm với tốc độ 2Mbps

Khoảng cách truyền có thể lên 3km nếu sử dụng bộ repeater

‹ Cho phép lién két t6i da 126 NSB, NSU va SYSMAC.NET Link unit PLC c6

thể được kết nối với máy tính FA hoặc máy tính chủ thông qua mạng

‹ _ Cho phép liên kết dữ liệu dễ dàng giữa các PLC

‹ Tương thích với các cáp quang H-PCF: cho phép sử dụng không những cáp

PCF truyền thống mà còn cáp H-PCF (hard-clad fiber)

Trong đó:

- NSB: Network Service Board

- NSU: Network Service Unit

- Bridge: sử dụng ¿ để nối 2 mạng Có tối đa 20 biidge được nối vào một

mạng

3.4.3 Controller link:

30

Hình 3.9: Giao tiép Controller Link

Controller link 14 m6t mang FA (Factory Automation ) ding để truyền nhận

dữ liệu dễ dàng giữa các PLC loại C200HX/HG/HE, loại CV và máy tính

Controller link hỗ trợ Data link cho phép chia sẽ dữ liệu và Message service

cho phép truyền nhận dữ liệu khi có yêu cầu Vùng Data link được cài đặt tự do để

có thể tạo ra một hệ thống Data link linh hoạt và sử dụng hiệu quả bộ nhớ

3.4.4 Ethernet :

Với PC card Unit gắn trên PLC cho phép 2 chức năng sau:

‹ _ Lưu trữ dữ liệu vào card nhớ khi sử dụng Memory card

‹ _ Kết nối vào mạng máy tính khi sử dụng EtherNet card

Để có thể kết nối PLC vào mạng máy tính ta phải sử dụng PC card unit loại

Chương 3 | khảo sát PLC của hãng 0immron

Dữ liệu có thể được tải và lưu trữ giữa PLC và máy tính chủ bằng cách sử

dụng lệnh FINS của OMRON Hơn nữa, PC card unit còn cho phép PLC thực hiện

các lệnh truyền nhận SEND/RECV để giao tiếp với máy tính chủ hoặc PLC khác

Hinh 3.11: Giao tiép Host Link

Với Hostlink unit ta có thể thực hiện được những công việc sau:

- Trạng thái hoạt động của PLC có thể được giám sát và thay đổi

32

Chương 3 khảo sát PLC của hãng omron

- Vùng IR có thể được đọc viết

- Chương trình có thể được upload hoặc download

- Cho phép 2 Hostlink unit có thể gắn vào CPU hoặc Expansion I/O unit

_ = RS-232, RS-422, va Plastic-clad Optical Fiber dugc sif dung

Có 3 loại Hostlink unit để sử dụng:

- C200H-LK-101-PVI1:dùng cáp quang

- C200H-LK-202-V1: ding chuẩn RS-422

- C200H-201 —V1:dùng chuẩn RS-232C

CPM2A -Dùng chuẩn RS-232C

Trong điều kiện trang thiết bị hạn chế nên em dùng phương pháp nối mạng

hostlink qua cổng RS- 232C trên CPU của PLC Trên module CPU của PLC có

cổng RS-232 cho phép ta liên kết trực tiếp 1:1 với máy tính qua cổng COM của

máy tính Truyền thông Hostlink được dùng để truyền dữ liệu giữa PLC và máy

tính Ta có thể giám sát trạng thái và dữ liệu của PLC từ máy tính bằng cách sử

dụng các lệnh Hostlink Ta cũng có thể truyền dữ liệu ở các vùng dữ liệu IR, SR,

LR, AR, timer, PV của counter, DM0000 >DM6143, và EM00002 EM6143 tới

máy tính sử dụng lệnh TXD trong giản đồ thang

3.4.6 Các phương pháp kết nối:

Kết nối 1tol: _ Chỉ có một PLC kết nối với máy tính dùng cáp truyền RS-232C

A-shape 1/0 Unit (10-terminal Terminal Block) B-shape HHO Unit (19-terminal Terminal Block}

= NO Unit lock notch =

E— 2 Mamneplate

3 ¥O indicators:

indicate ON/OFF status of points

4 10-terminal terminal block

4 19-tarmiinal terminal block

E-shape VO Unit (10-terminal Terminal Block)

Chương 4 | Hé thống cân sử dụng Loadcell

CHƯƠNG 4

HỆ THỐNG CÂN SU DUNG LOADCELL

4.1 CÁC LOẠI CẢM BIẾN DÙNG ĐỀ ĐO TRỌNG LƯỢNG:

Trọng lượng P của một vật chính là lực tác dụng lên vật đó trong trường trái

đất: ‹

P=m.g

Trong đó m là khối lượng (kg) của vat, g là gia tốc trọng trường

(g=9.81 m⁄s?) phụ thuộc vào độ cao

Mối quan hệ giữa lực và khối lượng được xác định bằng định luật II Newton,

theo đó lực tác dụng vào vật thể có khối lượng m sẽ bằng t tích số khối lượng và gia

tốc của nó, tức là:

F=m.a

Trong cảm biến đo trọng lượng thường có một vật trung gian chịu tác động

của lực cần đo và bị biến dạng, biến dạng là nguyên nhân của lực đối kháng: trong

đó giơi hạn đàn hồi biến dạng tỉ lệ với lực đối kháng (định luật Hooke)

Sơ lược các loại cảm biến đo lực:

4.1.1 Cảm biến điện áp:

Hiện tượng điện áp là hiện tượng xuất hiện phân cực điện hoặc thay đổi

phân cực điện đã có trong một số chất điện môi tự nhiên (như thạch anh,

tuamalin ) hoặc nhân tạo (suffat liti, thạch anh tổng hợp) khi chúng bị biến dạng

dưới tác dụng của lực có chiều nhất định

Chương 4 Hệ thống cân sử dụng Loadcell

Hình 4.1: Các biến dạng cơ bản của phiến áp điện

a) Theo chiéu doc ; b) Theo chiều ngang b) theo bé day ; d) theo bé mat

Sơ đồ tương đương:

dQ/d

=

song song với tụ dién C1)

Sự dịch chuyển của điện tích Q=K.F khi tác dụng lực F lên bảng áp điện có liên

quan đến dòng điện dQ/dt Do điện tích ban đầu Q=0 nên có thể biểu diển cảm

biến (là nguồn điện tích) như một nguồn dòng i=dQ/dt Nguồn dòng này mắc song

song với trở kháng trong (gồm 3 nhánh) của cảm biến

36

Chương 4 Hệ thống cân sử dụng Loadcell

4.1.2 Cảm biến từ giảo:

Dưới tác động của từ trường các chất sắt từ thay đổi tính chất hình học (thay

đổi kích thước kéo theo hoặc không kéo theo sự thay đổi thể tích) hoặc cơ học (hệ

số Young) Đây là hiệu ứng từ giảo trực tiếp được ứng dụng, được chế tạo để tạo bộ

chuyển đổi siêu âm hoặc các phần tử sắt từ hoạt động ở chế độ cộng hưởng cơ học

Mọi ứng lực trong vật liệu do lực cần đo gây nên sẽ làm thay đổi đường

cong từ hoá và người ta có thể khai thác sự thay đổi của độ từ thẩm hoặc của độ từ

dư để đánh giá độ lớn của lực

Khi có lực bên ngoài làm thay đổi kích thước ngoài của mạng tỉnh thể, các

hướng để bị từ hoá để bị thay đổi làm thay đổi định hướng của các miền từ hoá và

vách của chúng, nghĩa là thay đổi tính chất từ của vật liệu Đây là hiệu ứng từ giảo

Trong các loại cảm biến này, lực được tác dụng lên vật trung gian và gây

nên sự thay đổi kích thước A/ của nó Sự thay đổi kích thước có thể đo bằng cảm

biến dịch chuyển Tỉ lệ giữa tín hiệu ra V„ và lực tác dụng biểu diễn bằng biểu

4.1.4 Cảm biến xúc tác đa nhân tạo:

Đây là loại cảm biến dùng trong tự động hoá Cấu tạo của cảm biến gồm

một đế cách điện trên đó có đặt một lưới dẫn điện được đặt dưới điện áp V lưới

này gồm một hệ thống dây dẫn (X,,X, ), ( Ÿ,, Y, ) vuông góc với nhau Mỗi

vuông đều có một điện cực đo được cách điện với dây dẫn (của lưới) bao quanh nó

Các điện cực này nối đất thông qua mạch đo dòng Mặt trên của hệ thống được phủ

37

Chương 4 Hệ thống cân sử dung Loadcell

cao su có pha hạt dẫn điện Khi có lực nén tác dụng lên một phần nào đó của tấm

cao su Khoảng cách giữa các hạt dẫn điện ở phần đó ngắn lại, điện trở giảm

xuống, và dòng điện tăng lên Tọa độ của vùng có dòng tăng lên sẽ xác định vị trí

của lực tác dụng và giá trị của dòng xác định độ lớn của lực

4.1.5 Cảm biến biến dang:

4.1.5.1 Giới thiệu chung về cảm biến biến dạng:

Khi chịu tác dụng của lực cơ học nói chung các cấu trúc đều chịu ứng suất

và bị biến dạng Việc đánh giá ứng suất và biến dạng là nhiệm vụ quan trọng hàng

đầu trong kỹ thuật Sau đây là nguyên lý chung của cảm biến biến dạng thường

dùng trong công nghiệp

Trước hết ta tóm tắt các định nghĩa cơ bản của cơ học vật rắn:

Biến dạng là tỷ số giữa biến thiên kích thước AIvà kích thước l ban đầu z = T

biến dạng gọi là đàn hồi khi ứng lực mất đi thì biến dạng cũng mất đi Giới hạn đàn

hồi: là ứng lực tối đa không gây nên biến dạng cố định có giá trị lớn hơn 0.2% Độ

lớn của giới hạn đàn hồi được đo bằng kglực/m?

Modun Young Y: Xác định biến dạng theo phương của ứng lực

Trong d6 ting luc o = F/S

Đơn vị đo mođun Young là kglực/mm? Sau đây là mođun Young của một

Chương 4 Hệ thống cân sử dụng Loadcell

Trong vùng đàn hồi v=0.3

4.1.5.2 Nguyên lý làm việc của cảm biến dạng:

Đầu đo biến dạng loại điện trở thường là sợi dây kiêm loại được gắn trực tiếp lên bể mặt cấu trúc cần khảo sát Sự biến dạng của cấu trúc kéo theo sự biến

dạng của cảm biến và làm cho điện trở của nó thay đổi Trong trường hợp tổng quát

đầu đo là một lưới bằng dây dẫn mảnh có điện trở suất /ø, tiết điện s và chiều dài

n.] (n là số đoạn dây, I là chiều dài mỗi đoạn dây)

Đối với đầu đo kim loại thì n=10,20 còn đối với đầu đo bán dan n=1 Cam biến được cố định trên bê mặt cách điện, còn đế được gắn vào cấu trúc nghiên cứu

Do chịu ảnh hưởng của biến dạng, điện trở của cảm biến thay đổi một lượng

AR được xác định bằng biểu thức:

AR_Al_ AS Ap

R 1! S op

Biến dạng dọc của sợi day dẫn đến sự thay đổi kích thước tiết diện ngang a

và b (nếu dây có tiết diện hình chữ nhật) và đường kính d (nếu dây có tiết diện hình

tròn) Vơi một tỉ số v Quan hệ giữa biến dạng ngang và dọc theo quy luật:

Trong đó K là hệ số đầu đo thường gần bằng 2

Đối với đầu đo bán dẫn K=100.200, dấu của K phụ thuộc vào loại bán dẫn

Dầu đo bán dẫn thích hợp với những trường hợp đo biến dạng nhỏ để đo lực, áp

39

Chiuong 4 Hệ thống cân sử dụng Loadcell

suất và gia tốc Điện trở của đầu đo có giá trị chuẩn với tốc độ chính xác

+0.2++10% và giá trị trong khoảng từ 100 đến 500 O

42 LOADCELL:

4.2.1 Một số loadcell trên thực tế:

Có nhiều loại loadcell do các hãng sản suất khác nhau như

BONGSHIN(Han Quéc), KUBOTA(Nhat), GLOBAL WEIGHING, UTA

Mỗi loại loadcell được chế tạo cho một nhu cầu riêng biệt theo tải trọng

chịu đựng, chịu lực kéo hay nén Tùy hãng sản xuất mà các đầu dây ra của loadcell

có mau sac khác nhau Có thể kể như sau:

Exc- Đen Nâu Đen Trắng

Sig+ Xanh Xanh Trang Xanh (green)

Sig- Trang Trắng Đỏ Xanh (blue)

Các loại màu sắc này đều được cho trong bảng thông số kỹ thuật khi mua

từng loadcell

40

Chương 4 Hệ thống cân sử dụng Loadcell

Hình 4.2:Một số hình ảnh các loại loadcell có trong thực tế

Có nhiều hình dạng loadcell cho những ứng dụng khác nhau Do đó cách kết

nối loadcell vào hệ thống cũng khác nhau trong từng trường hợp

Thông số kỹ thuật của từng loại loadcell được cho trong catalogue của mỗi

loadcell và thường có các thông số như: tải trọng danh định, điện áp ra danh định

(giá trị này có thể là 2mV/V đến 3mV/V hoặc hơn tùy loại loadcell), tâm nhiệt độ

hoạt động, điện áp cung cấp, điện trở ngõ ra, mức độ chịu được quá tải

(Với giá trị điện áp ra danh định là 2mV/V thì với nguồn cung cấp là 10V thì

điện áp ra là 20 mV ứng với tải trọng tối đa)

Tùy ứng dụng cụ thể mà cách chọn loại loadcell có thông số và hình dạng khác nhau Hình dạng loadcell có thể đặt cho nhà sản xuất theo yêu cầu ứng dụng

riêng

4.2.2 Đặc tính của loadcell:

Bộ phận chính của loadcel1 là những tấm điện trở mỏng loại dán Tấm điện

trở là một phương tiện để biến đối một dạng biến dạng bé thành sự thay đổi tương

ứng trong điện trở Có hai loại điện trở dán dùng làm cảm biến lực dịch chuyển:

loại liên kết và loại không liên kết

Tấm điện trở liên kết dùng để đo độ biến dạng ở một vị trí xác định trên bể mặt đàn hồi Điện trở này được dán trực tiếp vào điểm cần đo biến dạng của vật

đàn hồi Biến dạng này được truyền trực tiếp vào tấm điện trở và nó làm thay đổi

giá trị điện trở tương ứng

4]

Cảm biến dùng điện trở loại không liên kết sử dụng để đo lượng di động nhỏ Một lượng di động do mối liên kết bằng cơ khí tạo nên sẽ làm thay đổi điện

trở làm cảm biến Lượng di động cũng thường được tạo nên bằng lực tác động vào

Trong đó > là t số thay đổi điện trở, = là sự thay đổi chiều dài trên

chiều dài của tấm điện trở, v là hằng số Poisson được tính bởi: