NGHIÊN CỨU , THIẾT KẾ HỆ THỐNG ÉP VIÊN THỨC ĂN GIA SÚC, GIA CẦM

CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU CHUNG81.1. Giới thiệu chung81.2. Mục đích nghiên cứu đề tài101.3. Các vấn đề cần giải quyết101.4. Phương hướng xây dựng đề tài111.5. Ứng dụng của đề tài trong thực tế12CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ÉP VIÊN THỨC ĂN GIA SÚC, GIA CẦM122.1Tổng quan về cảm biến lực loadcell122.1.1Khái niệm122.1.2Cấu tạo và nguyên lý hoạt động132.1.3Thông số kĩ thuật cơ bản142.1.4Phân loại152.1.5Ứng dụng của load cell.172.1.6Các loại Load cell cơ bản202.1.7Kết nối load cell252.1.8Chống quá tải load cell282.1.9Cách lựa chọn Load cell và phụ kiện282.2Bộ khuếch đại loadcell chuẩn công nghiệp302.3Modul mở rộng EM231312.3.1Cấu tạo312.3.2Thông số kỹ thuật322.4Giới thiệu về bộ điều khiển logic lập trình342.4.1Khái niệm chung342.4.2Những đặc điểm của PLC342.4.3Phân loại PLC S7 200352.4.4Chức năng hình dạng bên ngoài PLC S7 200 CPU 224362.4.5Cấu trúc bên trong372.4.6Đặc điểm ngõ vào ra của PLC S7 200382.4.7Thực hiện chương trình392.4.8Phần mềm lặp trình của PLC S7 200402.5Giới thiệu phần mềm WinCC 6.0472.5.1Các đặc điểm chính của WinCC472.5.2Các chức năng chính của WinCC482.6Động cơ điện một chiều (DC)502.6.1Giới thiệu về động cơ điện một chiều502.6.2Cấu tạo của động cơ điện một chiều.502.6.3Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều532.6.4Phân loại động cơ một chiều542.6.5Đặc tính cơ và điều chỉnh tốc độ của động cơ điện một chiều:552.6.6Ưu nhược điểm động cơ DC64CHƯƠNG 3 : MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG663.1. Sơ đồ khối hệ thống663.2. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển673.3. Lưu đồ thuật toán điều khiển683.4. Xây dựng các khối của hệ thống693.4.1. Khối định lượng693.4.2. Khối trộn693.4.3. Khối ép viên703.4.4. Khối sấy khô713.5. Xây dựng các khối của hệ thống điều khiển723.5.1. Khối nguồn723.5.2. Khối cảm biến733.5.3. Khối khuếch đại743.5.4. Khối chuyển đổi tương tự số743.5.5. Khối điều khiển743.6. Mô hình mô phỏng hệ thống cơ khí75CHƯƠNG 4 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG774.1. Thiết kế cơ khí các bản vẽ chi tiết774.2. Lựa chọn cơ cấp chấp hành và cảm biến824.2.1. Lựa chọn động cơ824.2.2. Lựa chọn Loadcell834.3. Thiết kế mạch điều khiển854.3.1. Mạch nguồn854.3.2. Mạch khuếch đại loadcell874.3.3. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển động cơ884.3.4. Sơ đồ kết nối PLC và moodul analog EM231894.3.5. Sơ đồ kết nối giữa PLC và mô hình91

BỘ CÔNG THƯƠNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Ngày…… tháng…….năm 2012

ĐỀ TÀINGHIÊN CỨU , THIẾT KẾ HỆ THỐNG ÉP VIÊN THỨC ĂN GIA

SÚC, GIA CẦM

Giáo viên hướng dẫn : Bùi Thanh Lâm Sinh viên thực hiện : Ngô Văn Thắng

Bùi Văn Tâm

Lê Văn Cường Lớp : ĐH Cơ điện tử 1 – K4

LỜI NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Hà Nội, ngày….tháng… năm 2012

LỜI MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển của thế giới và xu hướng hội nhập kinh tế quốc tế,đất nước ta đang đổi mới và bước vào thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đạihóa ,vừa xây dựng cơ sở vật chất, vừa phát triển kinh tế đất nước

Trong đó nông nghiệp cũng không kém phần quan trọng, chính vì vậy việcphát triển nông nghiệp theo hướng hiện đại đóng vai trò quan trọng trong quátrình phát triển đất nước

Chăn nuôi ở nước ta hiện nay được xem là một ngành chính của nôngnghiệp nhằm đáp ứng nhu cầu trong và ngoài nước ngày càng tăng cũng như cácyêu cầu khác về sức kéo và phân bón phục vụ cho nông nghiệp Muốn chănnuôi đạt hiệu quả kinh tế cao ta cần phải nuôi dưỡng gia súc bằng khẩu phầndinh dưỡng phù hợp với nhu cầu và chức năng của từng loại vật nuôi ,với mứctiêu thụ thức ăn thấp nhất nhưng lại cho năng suất có ích lớn nhất Do đó thức

ăn cho gia súc phải đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng, tiêu hóa tốt, không chứa nhữngchất độc hại , thành phần phù hợp với sự phát triển sinh lý bình thường của từngloại từng lứa tuổi của gia súc, gia cầm Thức ăn ở dạng tự nhiên không thể đápứng được yêu cầu trên Chính vì vậy mà việc sản xuất thức ăn chăn nuôi tổnghợp trở thành một nhu cầu cấp thiết

Trước nhu cầu thực tiễn, và được sự góp ý của giáo viên hướng dẫn,chúng em, nhóm sinh viên lớp Cơ Điện Tử 1- K4 , Trường Đại Học Công

Nghiệp Hà Nội đã mạnh dạn xây dựng và phát triển đề tài :

“ Nghiên cứu, thiết kế hệ thống máy ép viên thức ăn gia súc, gia cầm ”

Tuy nhiên, trong quá trình thực hiện đề tài chúng em còn nhiều bỡ ngỡ, dokiến thức còn hạn chế và chưa có kinh nghiệm thực tiễn nên trong đồ án còn cónhiều chỗ thiếu sót và chưa thật hợp lý Vì vậy, chúng em rất mong nhận được

sự góp ý của thầy, cô để hoàn thành tốt hơn

Hà Nội, ngày….tháng… năm 2012

Sinh Viên Thực Hiện :

1 Ngô Văn Thắng

2 Bùi Văn Tâm

3 Lê Văn Cường

kể đến sự thành công của chúng em ngày hôm nay đó là sự nhiệt huyết tận tình

hướng dẫn của thầy Bùi Thanh Lâm Thầy đã cùng chúng em đi qua những

ngày khó khăn trong quá trình nghiên cứu và chỉ dẫn của Thầy là niềm động lựcrất lớn đối với chúng em Và cuối cùng chúng em xin ghi ơn công lao cha mẹ đãsinh ra và cho chúng em được ăn học đến ngày hôm nay để có cơ hội tiếp cậnvới lĩnh vực khoa học, nhờ sự động viên thường xuyên và quan tâm đủ mặt vềphía gia đình là một động lực giúp chúng em vực qua mặt tâm lý, sự chán nản để

chúng em quyết tâm hoàn thành tốt được đề tài này Chúng em cũng xin cảm ơn

đến các bạn trong lớp “ Cơ Điện Tử 1 – K4 ” đã không ngại chia sẽ về kinh

nghiệm cũng như hỗ trợ các công việc để giúp nhóm em hoàn thành tốt được đồ

án này

Do năng lực và thời gian còn hạn chế nên việc tìm thêm nhiều tài liệu làmgiàu cho đồ án còn thiếu sót Chúng em rất mong nhận được nhiều hơn nữa ý

kiến đóng góp của các thầy cô giáo, sự chia sẻ tài liệu của các bạn sinh viên để

chúng em có thể hoàn thiện hơn kiến thức của mình

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Mục Lục

CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU CHUNG 8

1.1 Giới thiệu chung 8

1.2 Mục đích nghiên cứu đề tài 10

1.3 Các vấn đề cần giải quyết 10

1.4 Phương hướng xây dựng đề tài 11

1.5 Ứng dụng của đề tài trong thực tế 12

CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ÉP VIÊN THỨC ĂN GIA SÚC, GIA CẦM 12

2.1 Tổng quan về cảm biến lực loadcell 12

2.1.1 Khái niệm 12

2.1.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 13

2.1.3 Thông số kĩ thuật cơ bản 14

2.1.4 Phân loại 15

2.1.5 Ứng dụng của load cell 17

2.1.6 Các loại Load cell cơ bản 20

2.1.7 Kết nối load cell 25

2.1.8 Chống quá tải load cell 28

2.1.9 Cách lựa chọn Load cell và phụ kiện 28

2.2 Bộ khuếch đại loadcell chuẩn công nghiệp 30

2.3 Modul mở rộng EM231 31

2.3.1 Cấu tạo 31

2.3.2 Thông số kỹ thuật 32

2.4 Giới thiệu về bộ điều khiển logic lập trình 34

2.4.1 Khái niệm chung 34

2.4.2 Những đặc điểm của PLC 34

2.4.3 Phân loại PLC S7 200 35

2.4.4 Chức năng hình dạng bên ngoài PLC S7 200 CPU 224 36

2.4.5 Cấu trúc bên trong 37

2.4.6 Đặc điểm ngõ vào ra của PLC S7 200 38

2.4.7 Thực hiện chương trình 39

2.4.8 Phần mềm lặp trình của PLC S7 200 40

2.5 Giới thiệu phần mềm WinCC 6.0 47

2.5.1 Các đặc điểm chính của WinCC 47

2.5.2 Các chức năng chính của WinCC 48

2.6 Động cơ điện một chiều (DC) 50

2.6.1 Giới thiệu về động cơ điện một chiều 50

2.6.2 Cấu tạo của động cơ điện một chiều 50

2.6.3 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều 53

2.6.4 Phân loại động cơ một chiều 54

2.6.5 Đặc tính cơ và điều chỉnh tốc độ của động cơ điện một chiều: 55

2.6.6 Ưu nhược điểm động cơ DC 64

CHƯƠNG 3 : MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG 66

3.1 Sơ đồ khối hệ thống 66

3.2 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 67

3.3 Lưu đồ thuật toán điều khiển 68

3.4 Xây dựng các khối của hệ thống 69

3.4.1 Khối định lượng 69

3.4.2 Khối trộn 69

3.4.3 Khối ép viên 70

3.4.4 Khối sấy khô 71

3.5 Xây dựng các khối của hệ thống điều khiển 72

3.5.1 Khối nguồn 72

3.5.2 Khối cảm biến 73

3.5.3 Khối khuếch đại 74

3.5.4 Khối chuyển đổi tương tự - số 74

3.5.5 Khối điều khiển 74

3.6 Mô hình mô phỏng hệ thống cơ khí 75

CHƯƠNG 4 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG 77

4.1 Thiết kế cơ khí các bản vẽ chi tiết 77

4.2 Lựa chọn cơ cấp chấp hành và cảm biến 82

4.2.1 Lựa chọn động cơ 82

4.2.2 Lựa chọn Loadcell 83

4.3 Thiết kế mạch điều khiển 85

4.3.1 Mạch nguồn 85

4.3.2 Mạch khuếch đại loadcell 87

4.3.3 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển động cơ 88

4.3.4 Sơ đồ kết nối PLC và moodul analog EM231 89

4.3.5 Sơ đồ kết nối giữa PLC và mô hình 91

CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Giới thiệu chung

Việt nam là một nước có nền kinh tế đang phát triển với tiềm năng về trồng

trọt và chăn nuôi, mà ngành chăn nuôi chỉ có thể phát triển khi nó đạt được hiệuquả kinh tế nhất định Điều đó rõ ràng năng suất chăn nuôi trước hết phụ thuộc vàoviệc cung cấp thức ăn cho vật nuôi Hiện nay việc chăn nuôi kiểu chăn thả tự nhiên(nuôi quảng canh) đang có xu hướng thu hẹp, do khả năng khống chế dịch bệnh vàcác chi phí chăn nuôi cao, mà hình thức chăn nuôi này không mang lại hiệu quảkinh tế cao….Nhiều nơi, nhiều hộ gia đình đã chuyển sang hướng nuôi côngnghiệp, chăn nuôi theo các quy mô vừa và lớn dưới dạng trang trại hay xí nghiệp Thức ăn chăn nuôi công nghiệp có dạng thức ăn hỗn hợp Nguồn nguyên liệu

để cung cấp cho việc chế biến thức ăn chăn nuôi phải dựa vào nguồn nguyên liệusẵn có rẻ tiền, bảo đảm chất lượng vệ sinh nhất là nấm mốc phải được loại bỏ, vìthú nuôi rất nhạy cảm với thức ăn nhiều nấm mốc, nấm mốc sinh sản ra độc tốaflatoxin có thể gây chết hàng loạt Trong thức ăn chăn nuôi chứa đầy đủ các thànhphần như: Protein, năng lượng, vitamin, chất khoáng, enzim….Nhằm đáp ứng choquá trình duy trì tăng trưởng, đẻ trứng ……

Để đáp ứng cho quá trình đó thì phải có các nhà máy sản xuất có trang thiết bịhiện đại để có thể chế biến ra những loại thức ăn dạng viên.Tuy nhiên kinh phí đểđầu tư một dây chuyền sản xuất thức ăn viên là khá lớn Vì vậy việc nghiên cứuthiết kế, chế tạo dây chuyền sản xuất thức ăn chăn nuôi dạng viên có giá thành hạ,đáp ứng nhu cầu thực tế ở nhiều doanh nghiệp chăn nuôi mang tính cấp thiết cao.Khó khăn này đã đặt ra cho ngành cơ khí chế tạo máy là tiếp cận với nhữngthành tựu khoa học hiện đại để có khả năng thiết kế, chế tạo ra các dây chuyền sảnxuất thức ăn chăn nuôi dạng viên nhằm trang bị cho sản xuất và hướng tới tham giathị trường chung của thế giới Kết quả này sẽ khuyến khích và tạo điều kiện thuậnlợi xây dựng nhiều nhà máy thức ăn chăn nuôi dạng viên, tạo sự cạnh tranh lànhmạnh về chất lượng và đáp ứng nhu cầu người chăn nuôi

Vì những lý do trên chúng em tiến hành thực hiện đề tài:

“Thiết kế chế tạo máy ép viên cho dây truyền sản xuất thức ăn gia súc ”

Từ sau năm 1975 thức ăn chăn nuôi dạng viên ở nước ta vắng mặt trên thịtrường cũng như ngành chăn nuôi Việt Nam chỉ có thức ăn dạng bột mà thôi Vàođầu năm 1993 thức ăn chăn nuôi dạng viên thực sự trở lại với thị trường Việt Nam,

nó được xem là sự hiện diện mới nhất và mang lại cho nghành chăn nuôi nhiều lợiích

Hiện nay, thức ăn dạng viên đã tìm được vị trí vững chắc trong nghành chănnuôi ở nước ta

Đầu tiên xí nghiệp thức ăn gia súc VIFOCO đã đưa thức ăn dạng viên vàoquy trình sản xuất của xí nghiệp vào tháng 2 năm 1993, với nhiều thiết bị nhập từ

Mỹ Sau đó xí nghiệp đã nhập bộ khuôn mới vào từ đó và từ đó xí nghiệp đã bắtđầu đi vào ổn định với năng suất cả nhà máy có thể đạt từ 4-6 (tấn/h) Nhưng sảnphẩm xí nghiệp lúc này vẫn chưa được tiêu thụ mạnh do người nông dân chưaquen loại thức ăn này vào trong chăn nuôi đồng thời giá thành còn cao, chất lượngcòn thấp do hệ thống quá cũ

Tiếp theo sau đó vào tháng 9 năm 1993 xí nghiệp chế biến thức ăn gia súcViệt Thái đã phục hồi dây chuyền sản xuất tương tự như dây truyền sản xuất của xínghiệp VIFOCO, năng suất có thể đạt từ 4-6 (tấn/h) nhưng vấn đề về chất lượngthời gian đầu vẫn chưa được thỏa mãn, xong xí nghiệp đã đạt được những thànhquả nhất định

Tháng 7 năm 1994 xí nghiệp chế biến thức ăn gia súc PROCONO bắt đầu

đi vào hoạt động với dây truyền sản xuất thức ăn viên của Pháp, năng suất 6 tấn/h

Tháng 1/1995 nhà máy chế biến thức ăn An Phú đã tiến hành lắp ráp dâychuyền ép viên và đi vào hoạt động tháng 3/1995 với dây chuyền máy Pellet

Cho đến hiện nay, thức ăn chăn nuôi dạng viên đã được sử dụng rộng rãi ởnước ta Nhiều nhà máy thức ăn chăn nuôi đã trang bị hệ thống sản xuất thức ăn

dạng viên, như vào tháng 5/2005 nhà máy thức ăn gia súc Bình Minh đã lắp đặt hệthống thức ăn chăn nuôi dạng viên của Buhler (Thụy Sĩ).

Thức ăn gia súc dạng viên chỉ thực sự đến với ngành chăn nuôi vào đầu năm

1993 Thời kỳ đầu đã gặp không ít khó khăn trong sản xuất cũng như trong tiêuthụ Do đa số thiết bị là phục hồi lại nên sản phẩm chưa đảm bảo yêu cầu kỹ thuật,thị trường chưa quen sử dụng thức ăn dạng viên vào chăn nuôi, giá thành còn cao.Nhưng hiện nay với trang thiết bị mới, hiện đại, chất lượng và năng suất sản phẩmđược cải thiện đáng kể và ổn định được giá thành nên thức ăn dạng viên chiếm một

vị trí quan trọng trong ngành chăn nuôi ở nước ta, đặc biệt là ngành chăn nuôi giasúc, gia cầm, thủy cầm

1.2 Mục đích nghiên cứu đề tài

- Kiểm nghiệm khả năng vận dụng những kiến thức đã học vào trong đềtài thực tế

+ Bài toán định lượng + Bài toán trạm trộn

+ Bài toán sấy + Bài toán ép viên + Kiến thức liên quan đến PLC

+ Lập trình cho PLC

+ Xử lý tín hiệu Loadcell + Thiết kế cơ khí,tính toán các cơ cấu của máy

- Quá trình làm đồ án rèn cho sinh viên khả năng tìm kiếm tài liệu ,sắpxếp công việc,làm việc theo nhóm , đưa ra ý tưởng giải quyết , và quyếtđịnh hướng giải quyết đề tài

1.3 Các vấn đề cần giải quyết

Đây là một đề tài mới có rất nhiều ý tưởng, những suy nghĩ về cơ khí cũngnhư phương pháp điều khiển rất phong phú Với đề tài này trong quá trìnhnghiên cứu cũng như thực hiện nhóm đã đưa ra các vấn đề cơ bản sau:

- Xử lý được tín hiệu Loadcell

- Tính toán điều tiết lượng nước trong bài toán trạm trộn

- Cơ cấu ép viên phù hợp

- Đưa ra được phương pháp sấy nhanh , hiệu quả , đồng thời phù hợp với đềtài

- Lựa chọn động cơ phù hợp với từng cơ cấu làm việc Động cơ yêu cầuvừa khỏe lại phải nhỏ gọn

- Thiết kế khung cơ khí vững chắc, kết cấu bền vững có thể chiu được vađập mạnh và có tính thẩm mỹ.

- Tìm hiều và lập trình PLC S7 – 200 cho hệ thống

- Thiết kế hệ thống điều khiển cho máy: Các mạch điều khiển, mạch lực,ngôn ngữ lập trình, cách thức điều khiển

- Có tính ứng dụng cao trong thực tế đời sống

1.4 Phương hướng xây dựng đề tài

 Chúng em chủ động tìm hiểu một số dây chuyền sản xuất thức ăn dạngviên đang có trên thị trường, tìm kiếm các mô hình có sẵn trên internetnhư các ấn phẩm gồm có các giáo trình: thức ăn gia súc,máy gia công cơhọc,chi tiết máy,máy nâng chuyển để tham khảo, học hỏi, kế thừa nhữngcách làm của các thầy,các anh chị đi trước trong lĩnh vực này và sáng tạo

ra những cái mới,có tính khả thi hơn áp dụng vào đề tài của mình

 Liên tục gặp thầy hướng dẫn để có những góp ý của thầy, sau đó kết hợpvới ý tưởng của nhóm để có được một ý tưởng hoàn chỉnh

 Phân công công việc cho từng người trong nhóm nhưng vẫn có sự hỗ trợlẫn nhau giữa các thành viên

 Tìm hiểu cấu tạo và nguyên lý hoạt động các máy móc thiết bị trong dâychuyền lắp đặt trong dây chuyền dự kiến sẽ thiết kế

 Khảo nghiệm xác định các thông số kỹ thuật của các máy móc, thiết bịđược dùng trong dây chuyền này

 Liên lạc với các công ty đặt hàng linh kiện, đồng thời đi tìm kiếm nhữngthứ có sẵn trên thị trường, mua đầy đủ những đồ cần thiết

 Xây dựng một mô hình thực trong đó gồm có các công đoạn sau:

 Định lượng các loại nguyên liệu bằng cảm biến loadcell

 Trộn các loại nguyên liệu và có phun thêm nước vào để trộn ướt

 Ép và cắt thành viên

 Sấy khô thức ăn sau khi ép

 Đóng gói sản phẩm

 Chúng em sẽ xây dựng mô hình 3D đầu tiên để có thể tìm được một cách

bố trí kết cấu cơ khí hợp lý nhất Tiếp theo là thiết kế đến hệ thống mạchđiều khiển cho dây chuyền

 Đánh giá chất lượng và đề xuất nâng cao chất lượng và hiệu quả của dâychuyền

1.5 Ứng dụng của đề tài trong thực tế

 Trước hết,đề tài của chúng em có thể trở thành mô hình thực hành,thínghiệm cho các bạn sinh viên học trong các khoa cơ khí, điện tử

 Đề tài có thể ứng dụng để phục vụ các hộ gia đình nông thôn có chănnuôi theo phương pháp hộ gia đình, nhỏ lẻ

 Dây chuyền có thể được nâng cấp,cải tiến,thiết kế thêm để phục vụ choquá trình sản xuất thức ăn trong các xưởng thức ăn vừa và nhỏ

CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ÉP VIÊN THỨC ĂN GIA

Khái niệm“strain gage”: cấu trúc có thể biến dạng đàn hồi khi chịu tác

động của lực tạo ra một tín hiệu điện tỷ lệ với sự biến dạng này

Load cell thường được sử dụng để cảm ứng các lực lớn, tĩnh hay các lựcbiến thiên chậm Một số trường hợp load cell được thiết kế để đo lực tác độngmạnh phụ thuộc vào thiết kế của load cell

Hình 2 1: Một số loại load cell thông dụng

2.1.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Load cell được cấu tạo bởi hai

thành phần, thành phần thứ nhất là

"Strain gage" và thành phần còn lại là

"Load" Strain gage là một điện trở đặc

biệt chỉ nhỏ bằng móng tay, có điện trở

thay đổi khi bị nén hay kéo dãn và được

nuôi bằng một nguồn điện ổn định,

được dán chết lên “Load” - một thanh

kim loại chịu tải có tính đàn hồi

Hình 2 2 : Cấu tạo của Button Load cell

2.1.2.2 Nguyên lý hoạt động

Hoạt động dựa trên nguyên lý cầu điện trở cân bằng Wheatstone Giá trịlực tác dụng tỉ lệ với sự thay đổi điện trở cảm ứng trong cầu điện trở, và do đótrả về tín hiệu điện áp tỉ lệ

Hình 2 3 : Mạch cầu Wheatstone

2.1.3 Thông số kĩ thuật cơ bản

- Độ chính xác: cho biết phần trăm chính xác trong phép đo Độ chính xác

phụ thuộc tính chất phi tuyến tính, độ trễ, độ lặp

- Công suất định mức: giá trị khối lượng lớn nhất mà load cell có thể đo

được

- Dải bù nhiệt độ: là khoảng nhiệt độ mà đầu ra load cell được bù vào, nếu

nằm ngoài khoảng này, đầu ra không được đảm bảo thực hiện theo đúng chitiết kĩ thuật được đưa ra

- Cấp bảo vệ: được đánh giá theo thang đo IP, (ví dụ: IP65: chống được độ

ẩm và bụi)

- Điện áp: giá trị điện áp làm việc của load cell (thông thường đưa ra giá trị

lớn nhất và giá trị nhỏ nhất 5 - 15 V)

- Độ trễ:hiện tượng trễ khi hiển thị kết quả dẫn tới sai số trong kết quả.

Thường được đưa ra dưới dạng % của tải trọng

- Trở kháng đầu vào: trở kháng được xác định thông qua S- và S+ khi load

cell chưa kết nối vào hệ thống hoặc ở chế độ không tải

- Điện trở cách điện: thông thường đo tại dòng DC 50V Giá trị cách điện

giữa lớp vỏ kim loại của load cell và thiết bị kết nối dòng điện

- Phá hủy cơ học: giá trị tải trọng mà load cell có thể bị phá vỡ hoặc biến

dạng

- Giá trị ra: kết quả đo được (đơn vị: mV).

- Trở kháng đầu ra: cho dưới dạng trở kháng được đo giữa Ex+ và EX- trong

điều kiện load cell chưa kết nối hoặc hoạt động ở chế độ không tải

- Quá tải an toàn: là công suất mà load cell có thể vượt quá (ví dụ: 125%

công suất)

- Hệ số tác động của nhiệt độ: Đại lượng được đo ở chế độ có tải, là sự thay

đổi công suất của load cell dưới sự thay đổi nhiệt độ, (ví dụ: 0.01%/10°Cnghĩa là nếu nhiệt dộ tăng thêm 10°C thì công suất đầy tải của load celltăng thêm 0.01%)

- Hệ số tác động của nhiệt độ tại điểm 0: giống như trên nhưng đo ở chế độ

không tải

2.1.4 Phân loại

 Có thể phân loại loadcells như sau:

- Phân loại Loadcell theo lực tác động: chịu kéo (shear loadcell), chịunén (compression loadcell), dạng uốn (bending), chịu xoắn (TensionLoadcell)

- Phân loại theo hình dạng: dạng đĩa, dạng thanh, dạng trụ, dạngcầu,dạng chữ S…

- Phân loại theo kích thước và khả năng chịu tải: loại bé, vừa, lớn

 Một số hình ảnh về các loại load cell:

Hình 2.4: Load cell kiểu Z (S)

Hình 2.5: Load cell kiểu uốn

Hình 2.6: Load cell nút bấm (kiểu nén)

Hình 2.7: Single point Load cell

Hình 2.8: Miniature Load cell (loại bé)

2.1.5 Ứng dụng của load cell.

 Một ứng dụng khá phổ biến thường thấy của load cell là được sử dụngtrong các loại cân điện tử hiện nay

Hình2.9: Cân kĩ thuật

Từ ứng dụng trong những chiếc cân kĩ thuật đòi hỏi độ chính xác cao cho tớinhững chiếc cân có trọng tải lớn trong công nghiệp như cân xe tải

Hình 2.10:Cân xe tải

 Một số ứng dụng khác:

- Trong ngành công nghệ cao:

Với nền khoa học kĩ thuật tiên tiến hiện nay thì loại load cell cỡ nhỏ cũngđược cải tiến công nghệ và tính ứng dụng cao hơn Như hình minh hoạ, loạiload cel này được gắn vào đầu của ngón tay robot để xác định độ bền kéo vàlực nén tác động vào các vật khi chúng cầm nắm hoặc nhấc lên

Hình 2.11 Loadcell gắn vào cánh tay robot

- Phân phối đều trọng lượng trong công nghiệp:

Công nghệ sử dụng:

Các thế bào tải(load cell LSB and LCF Series) kết hợp với các thiết bị địnhhướng và thu thập dữ liệu qua máy tính hoặc PLC

Sơ lược hoạt động:

Các load cell được thiết kế để phù hợp với các ứng dụng tự động hóatrong công nghiệp để phân phối đều trọng lượng sản phẩm Như thể hiệntrong sơ đồ dưới đây, load cell được lắp đặt trong dây chuyền tự động hóa,

giám sát việc phân phối khối lượng vào từng bao bì một cách chính xác.

Hình 2.12 Hệ thống cân tự động

Hệ thống hoạt động:

 Một tế bào tải được kết nối với thiết bị đo cần thiết

 Khi khối lượng sản phẩm cho phân phối vào thùng đủ yêu cầu, load cell

sẽ phát ra tín hiệu tới bộ diều khiển băng tải để băng tải ngừng làmviệc

 Tín hiệu khi băng tải dừng được truyền đến hệ thống phân phối thùngchứa để xuất thùng chứa

 Khi thùng chứa được phân phối sẽ phát ra tín hiệu để hệ thống phânphối sản phẩm tiếp tục hoạt động

- Ứng dụng trong cầu đường:

Các load cell được sử dụng trong việc cảnh báo độ an toàn cầu treo Loadcell được lắp đặt trên các dây cáp để đo sức căng của cáp treo và sức ép châncầu trong các điều kiện giao thông và thời tiết khác nhau Các dữ liệu thuđược sẽ được gửi đến một hệ thống thu thập và xử lí số liệu sau đó số liệu sẽđược xuất ra qua thiết bị truy xuất như điện thoại, máy tính, LCD Từ đó có

sự cảnh báo về độ an toàn của cầu Từ đó tìm ra các biện pháp cần thiết để sửachữa kịp thời

Hình 2.13 Loadcell cảnh báo độ an toàn của cầu

2.1.6 Các loại Load cell cơ bản

a) Khái niệm

Load cell cảm biến sức căng, biến đổi thành tín hiệu điện gọi là load celltương tự Tínhiệu này được chuyển thành thông tin hữu ích nhờ các thiết bị đolường như bộ chỉ thị

Mỗi load cell tải một đầu ra độc lập, thường 1 đến 3 mV/V Đầu ra kếthợp được tổng hợp dựa trên kết quả của đầu ra từng load cell Các thiết bị đolường hoặc bộ hiển thị khuyếch đại tín hiệu điện đưa về, qua chuyển đổi

ADC, vi xử lý với phần mềm tích hợp sẵn thực hiện tính toán chỉnh địnhvàđưa kết quả đọc được lên màn hình Đa phần các thiết bị hay bộ hiển thịhiện đại đều cho phép giao tiếp với các thiết bị ngoài khác như máy tính hoặcmáy in.

b) Ưu điểm và nhược điểm

 Ưu điểm:

Ưu điểm chính của công nghệ này là xuất phát từ yêu cầu thực tế, vớinhững tham số xác định trước, sẽ có các sản phẩm thiết kế phù hợp cho từngứng dụng của người dùng Ở đó các phần tử cảm ứng có kích thước và hìnhdạngkhác nhau phù hợp với yêu cầu của ứng dụng

Các dạng phổ biến: dạng kéo (shear), dạng uốn (bending), dạng nén(compression)…

 Nhược điểm:

Tín hiệu điện áp đầu ra của load cell rất nhỏ(thường không quá 30mV).Những tín hiệu nhỏ như vậy dễ dàng bị ảnh hưởng của nhiều loại nhiễu trongcông nghiệp như:

Nhiễu điện từ: sinh ra bởi quá trình truyền phát các tín hiệu điện trong môitrường xung quanh, truyền phát tín hiệu vô tuyến điện trong không gian hoặc

do quá trình đóng cắt của các thiết bị chuyển mạch công suất lớn…

Sự thay đổi điện trở dây cáp dẫn tín hiệu: do thay đổi thất thường của nhiệt

độ môi trường tác động lên dây cáp truyền dẫn

Do đó, để hệ thống chính xác thì càng rút ngắn khoảng cách giữa load cellvới thiết bị đo lường càng tốt Cách giải quyết thông thường vẫn dùng là giảmthiểu dung sai đầu ra của load cell Tuy nhiên giới hạn của công nghệ khôngcho phép vượt quá con số mong muốn quá nhỏ Trong khi nối song songnhiều load cell với nhau, mỗi load cell tải với một đầu ra độc lập với các loadcell khác trong hệ thống, do đó để đảm bảo giá trị đọc nhất quán, ổn định vàkhông phụ thuộc vào vị trí, hệ thống yêu cầu chỉnh định đầu ra với từng loadcell riêng biệt Công việc này đòi hỏi tốn kém về thời gian, đặc biệt với những

hệ thống yêu cầu độ chính xác cao hoặc trong các ứng dụng khó tạo tải kiểmtra như cân tank, cân xilô…

Tín hiệu ra chung của một hệ nhiều load cell dựa trên cơ sở đầu các tínhiệu ra trung bình của từng load cell Điều đó gây nên dễ xảy ra hiện tượng có

load cell bị lỗi mà không được nhận biết Một khi đã nhận ra thì cũng khókhăn trong việc xác định load cell nào lỗi, hoặc khó khăn trong yêu cầu sửdụng tải kiểm tra, hay yêu cầu sử dụng các thiết bị đo lường như đồng hồ volt-ampe với độ chính xác cao, đặc biệt trong điều kiện nhà máy đang hoạt độngliên tục.

Thực tế còn rất nhiều yếu tố khác liên quan đến độ chính xác của hệ thốngcân như:

 Quá trình chỉnh định hệ thống

 Nhiễu rung và ồn

 Do tác dụng chuyển hướng lực trong các cơ cầu hình ống

 Quá trình phân tích dò tìm lỗi

 Thay thế các thành phần trong hệ thống cân hoặc các hệ thống liênquan

 Đi dây cáp tín hiệu dài

 Môi trường hoạt động quá kín

Không thể tính toán được trước các yếu tố ảnh hưởng này để có thể môhình hóa trong quá trình phân tích và thiết kế Trong khi đó điều kiện làm việcởmỗi nơi rất khác nhau, thiết bị đo ở cách xa cảm biến, tín hiệu truyền dẫnyếu, dễ bị tiêu hao và nhiều loại nhiễu tác động, đặc biệt với môi trường làmviệc khắc nghiệt trong nhà máy và xí nghiệp Tín hiệu đưa về đến thiết bịđolường khó phản ảnh trung thực giá trị thực tế

Trong khi đó, các bộ hiển thị hiện nay thường dùng hệ vi xử lý tốc độthấp,năng lực tính toán không cao, ít thiết bị tích hợp các thuật toán xử lýchỉnh định các số liệu thu thập về, hoặc nếu có còn ở mức độ đơn giản Docác bộhiển thị sử dụng với nhiều loại load cell khác nhau nên các thuật toánchỉnhđịnh chỉ mang tính tương đối, không triệt để, đặc biệt là chưa có thiết bịnàotích hợp tính năng bù sai lệch do nhiệt độ Chức năng lọc nhiễu điệntừtrường cho tín hiệu đo của các thiết bị này còn rất kém Một yếu điểm nữalàtần số lấy mẫu thấp, do đó không thể áp dụng trong các ứng dụng mà lựctácdụng biến đổi nhanh (cân động) như các hệ thống cân bằng liên tục,…

a) Khái niệm, sự ra đời

Thời gian ra đời: Từ cuối những năm 1970

Về cơ bản load cell số là sự tích hợp giữa load cell tương tự với côngnghệ điện tử hiện đại

Ban đầu, khi khái niệm load cell số mới ra đời, nhiều người hiểu lầm làcác load cell số có các phần tử điện tiêu hao thấp có thể được sử dụng đểchuyển đổi một load cell chất lượng thấp lên một load cell chất lượng cao.Thực tế thì ngược lại, mỗi load cell số đơn giản cũng mang trong nó một cấutrúc khá phức tạp

- Thứ nhất: Phải có một load cell cơ bản với độ chính xác, độ ổn dịnh và

khả năng lặp lại rất cao trong mọi điều kiện làm việc

- Thứ hai: Phải có một bộ chuyển đổi tương tự-số (ADC) 16 đến 20 bit tốc

độ cao để chuyển đổi tín hiệu điện tương tự sang dạng số

- Thứ ba: Phải có hệ vi mạch xử lý để thực hiện điều khiển toàn bộ quá

trình chuyển đổi từ tín hiệu lực đo được thành dữ liệu số thể hiện trung thựcnhất và giao tiếp với các thiết bị khác để trao đổi thông tin

Hình 2.14: Cấu trúc cơ bản một loại load cell số

c) Hoạt động:

Tín hiệu điện áp từ cầu điện trở của load cell chính xác cao được đưa đếnđầu vào của mạch tích hợp sẵn, bao gồm cả phần khuyếch đại, bộ giải điều chế,một ADC tốc độ cao 20 bit và bộ lọc số Một cảm biến nhiệt độ tích hợp sẵnđược sử dụng để đo nhiệt độ thực của load cell phục vụ cho việc bù sai số donhiệt độ Dữ liệu từ ADC, cảm biến nhiệt độ cùng với các thuật toán trong phần

mềm và một số phần cứng bổ sung tích hợp sẵn có chức năng tối ưu hóa xử lýcác sai số do không tuyến tính, bù sai đường đặc tính, khả năng phục hồi trạngthái và ảnh hưởng của nhiệt độ… được vi xử lý tốc độ cao xử lý Dữ liệu kết quả

đầu ra được truyền đi xa qua cổng giao tiếp theo một giao thức nhất định Các module điện tử này có thể được đặt ngay trong loadcell, load cell cable hoặc trong hộp junction box Các đặc tính tới hạn của từng load cell được đặt trong

EEPROM nằm trong module của load cell đó, điều đó cũng có nghĩa là mọi vấn

đề xử lý sai số được thực hiện ngay tại load cell, với chính load cell đó, cũng cónghĩa là phép bù sai số được thực hiện khá triệt để

Một hệ thống số điển hình bao gồm một số các load cell số nối với máytính, PLC hoặc thiết bị đo như bộ hiển thị Bên trong hệ thống, mỗi load cellđộclập có thể được nhận dạng bằng địa chỉ làm việc của nó Địa chỉ làm việcđócó thể được cài đặt do người lập trình thông qua một hoặc nhiều địa chỉ cungcấp bởi nhà máy Thông thường địa chỉ “0” được sử dụng như là một địa chỉ làmcho tất cả các load cell trả lời, trong khi các số nối tiếp của load cell có thể được

sử dụng để yêu cầu một địa chỉ xác định

Các load cell số hoạt động trên một chương trình điều khiểnkiểuMaster/Slave, ở đó định nghĩa một thiết bị (thường là PC hoặc indicator)làmaster trên mạng Có hai chế độ hoạt động chính: Master giám sát tất cảcácquá trình truyền phát bằng cách giao tiếp với từng slave một cách tuầntự,hoặc master gửi dữ liệu yêu cầu các slave trả lời theo địa chỉ tuần tự Chếđộthứ nhất có ưu điểm trong sự mềm dẻo và nắm bắt lỗi, trong khi chế độhaihướng đến tốc độ giao tiếp Hầu hết các load cell số kết nối theo chuẩnRS485hoặc RS422 Cả hai kiểu giao thức đều có các đặc tính tương tự nhaucung cấpmột môi trường multi-drop Việc giao tiếp giữa các thiết bị nốitrên mạng dựatrên giao thức quy định bởi nhà sản xuất.Có lẽ điểm khác biệt quan trọng nhấtgiữa hệ thống load cell tương tự và sốlà mặc dù nối với nhau nhưng mỗi loadcell số hoạt động như là một thiết bị độc lập

d) Ưu điểm và nhược điểm

 Ưu điểm:

- Tín hiệu ra số “khỏe”, rất ít bị ảnh hưởng của nhiễu điện từ hoặc thayđổinhiệt độ thất thường trên đường dây cable dẫn

- Khoảng cách dây cáp dẫn có thể kéo dài đến 1200m

- Dễ dàng thay thế load cell

- Dữ liệu số có thể xử lý trực tiếp bằng máy tính, PLC hoặc trên bộ hiển thịkhi cần.

- Mỗi load cell là một thiết bị hoạt động độc lập trong hệ thống, do đó cóthể mở rộng cấu trúc dễ dàng

- Có thể thực hiện tối ưu hóa hệ thống dễ dàng qua phân tích từngthànhphần tích hợp

- Cân bằng các góc cân có thể thực hiện bằng thiết bị Thay đổi, sửa lỗimộtload cell không ảnh hưởng đến các load cell khác Công việc thựchiện dễdàng và đơn giản, tiết kiệm thời gian

- Với hệ thống yêu cầu độ chính xác vừa và thấp có thể tự động chỉnh định

mà không cần tải chết

- Load cell có thể thay thế mà không cần chỉnh định lại

- Các thiết bị theo chuẩn RS485/422 đều có thể tham gia vào hệ thống

- Nhiều hệ thống có thể kết nối và điều khiển bởi một trạm Chỉ đơn giảnlàmở rộng đường dây cable Tiết kiệm phần cứng phần mềm dễ dàng pháttriển

Những ưu điểm của hệ load cell số cho phép trong các ứng dụng độ chínhxáccao và chống chịu nhiễu tốt, đặc biệt ở những ứng dụng yêu cầu các điểm đonằm phân tán trên phạm vi rộng

2.1.7 Kết nối load cell

Hình 2.15: Sơ đồ đấu dây Trong đó:

+Excitation (Điện áp kích thích) là đầu vào dương của điện áp cung cấp

–Excitation là đầu vào âm của điện áp cung cấp

+Output là tín hiệu ra dương của load cell

–Output là tín hiệu ra âm của load cell

+sense và –sense là các dây dẫn đựoc nối trực tiếp với Excitation.

Nóichung để tránh nhiễu Có loại Loadcell thì có, có loại thì không Có thểnốicũng dược mà không nối cũng được Nhưng nhà sản xuất khuyến cáo lànênnối

Load cell số cho phép với trong nhiều ứng dụng khác nhau Dưới đây là 4

mô hình ứng dụng điển hình

Chú ý: Đầu ra của loadcell số có thể được thiết kế theo giao diện

Profilebus PC, DeviceNet, EtherNet/IP, ModBus, RS232,RS422,RS485, 20mA, 0-10VDC Thậm chí có cả giao tiếp qua cổng USB Nên ta có thể tùy chọn loại Loadcell có giao diện phù hợp và có thể kết nối trực tiếp đến PLC, PC,…

4- Mô hình 1:

Các load cell số cung cấp đầu ra theo giao diện RS422 hoặc RS 485 Cácload cell nối với nhau thành cấu trúc hình sao Junction Box hỗ trợ nối songsong 8 load cell số Card RS422/RS485 cho phải kết nối trực tiếp đến máytính PC hoặc PLC

Hình 2.16: Mô hình ứng dụng 1

 Mô hình 2:

Mô hình này chỉ khác với mô hình 1 là có thêm các thiết bị bảo vệ SPDcho hệ thống load cell với máy tính chủ, chống lại các ảnh hưởng có hại nhưxung điện hoặc quá áp.

Hình 2.18: Mô hình ứng dụng 3

 Mô hình 4:

Trong mô hình này, bộ hiển thị đóng vai trò là trạm chủ giao tiếp trực tiếpvới các load cell hoặc với Junction Box Ngoài chức năng hiển thị, bộ hiển thị

này có thể thực hiện một số chức năng điều khiển khác thông qua các đầu vàora

Hình 2 19 : Mô hình ứng dụng 4

2.1.8 Chống quá tải load cell

- Điện áp đầu vào vượt quá ngưỡng cho phép: gây sai số lớn trong việc đolường ngoài ra gây hiện tượng đoản mạch làm hỏng load cell

- Đo lực quá lớn: khi đo lực vượt mức giới hạn đo của load cell gây sai sốlớn có thể gây hỏng phần cứng của load cell, ảnh hưởng tuổi thọ của loadcell

- Do sót trong lắp ghép: có thể khiến load cell không hoạt động hoặc hoạtđộng nhưng cho kết quả sai

Ngoài ra còn nhiều vấn đề ảnh hưởng chế độ làm việc và tuổi thọ của loadcell nói riêng và hệ thống đo lường nói chung cần chú ý như: thời gian làmviệc, môi trường làm việc và chế độ bảo dưỡng…

Để đảm bảo chế độ hoạt động tốt cho load cell trước tiên cần nắm vữngcác thông số của load cell đang sử dụng cần phải lắp ráp đúng và chính xácload cell trong mạch do Tránh để load cell hoạt động ở chế độ quá tải có chế

độ bảo trì thường xuyên…

2.1.9 Cách lựa chọn Load cell và phụ kiện

Khi lựa chọn Loadcells thì các thông số cần phải quan tâm là:

- Chọn loại tương tự hay loại số?

- Các thông số như mV/V là gì, tín hiệu vào ra, tầm sử dụng tải…

- Cấu tạo Loadcell, thụ động (thuần trở) hay tích cực (bán dẫn), độ ổnđịnh,chịu nhiệt, chịu nước, chống nhiễu

- Kết cấu của ứng dụng, lưc tập trung, lực phân bố, tải trọng tỉnh, tải trọngđộng

- Phương pháp cân: chất lỏng chất rắn, cân kiểm tra, cân định lượng,cânphân loại, cân gián tiếp liên tục (cân băng tải)

- Thiết bị đọc tín hiệu: Indicator, PLC, Micro Controler, PC…

- Xử lí tín hiệu: ADC, mạch lọc, mạch tích phân, chống rung, khử xungnhiễu, khử quán tính, ghép nhiều Loadcell, giải thuật, độ chính xác,hiệuchỉnh…

Sau khi đã lựa chọn xong load cell, tuỳ theo số lượng load cell và loạiloadcell mà ta chọn loại hộp nối là loại 4 đầu hoặc 8 đầu nối Cũng từ chếđộdòng áp của load cell mà ta lựa chọn chế độ dòng áp của hộp nối cho phùhợp.Một số thông số cần quan tâm khi chọn hộp nối:

- Số đầu đo của load cell phải bằng hoặc lớn hơn số load cell của cân

- Khả năng chỉnh góc của hộp nối

- Cấp bảo vệ của hộp nối (Ví dụ như IP65, IP66,…)

- Chọn bộ hiển thị (Indicator)

Bộ hiển thị thông thường có hai loại:

- Loại hiển thị số: đó là những bộ hiển thị mà nó nhận tín hiệu đầu vàodạng

số Đối với loại hiển thị số thì thường chọn loại hiển thị cùng chủng loạivới chủng loại của load cell

- Loại hiển thị tương tự: là bộ hiển thị có tín hiệu đầu vào dạng tươngtự Có

thể chọn loại bộ hiển thị cùng chủng loại với load cell Tuy nhiên, loạihiển thị đó phải đáp ứng được yêu cầu:

 Phù hợp trở kháng đầu vào giữa load cell và bộ chỉ thị.

 Nguồn cấp cho load cell từ bộ chỉ thị phải phù hợp.

 Độ phân giải của bộ hiển thị và mức tín hiệu đưa về từ load cell

 phải phù hợp.

 Mức tín hiệu

Ghép nối tín hiệu từ thiết bị hiển thị là tín hiệu đã được số hoá và đưaracổng nối tiếp theo chuẩn RS232 hoặc RS485 Vì vậy, để đưa về máy tính thìtathu thập qua cổng COM của máy tính Tín hiệu bắt về đã được thiết bị chỉthịchuyển đổi và đưa về theo từng khung dữ liệu chuẩn

Để đảm bảo cách ly tín hiệu giữa máy tính và các thiết bị điện tử ở bênngoài thì thông thường tín hiệu trước khi đưa trực tiếp vào cổng COM của máytính thì nó được nối cách ly bằng một card cách ly quang Tín hiệu thu về khôngthay đổi định dạng khung dữ liệu và tốc độ truyền.

2.2Bộ khuếch đại loadcell chuẩn công nghiệp

Hình 2 20 Bộ khuếch đại loadcell MKcells KM02A

- Trong thực tế và trong sản xuất công nghiệp nếu liên quan đến định lượngdùng loadcell thì thiết bị thường đi kèm là bộ khuếch đại chuẩn cho loadcell.Hoặc có thể sử dụng bộ đầu cân chuẩn có tích hợp bộ khuếch đại cho loadcell,thông thường giá của bộ đầu cân rất đắt tiền, nếu có ngõ ra analog thường giá rấtcao, thích hợp dùng cho công nghiệp như: đầu cân MP30, XK3190-A9,FS1200a, FS8000a,

- Bộ khuếch đại loadcell thường có 2 loại: khuếch đại cho ra dòng hoặc áp,

và loại chỉ cho ra áp như MKcells KM02, KM02A,

- Thông số kỹ thuật bộ khuếch đại MKcells loại KM02A

Thông số Giá trị

Dãy đầu vào 1mV/V, 2mV/V, 3mV/V, 4mV/V,

0-10mV/V, 0-20mV/V, 0-30mV/V, 0-40mV/V.

Dãy tín hiệu đầu ra 0-5V, 0-10V, 1-5V

Điện áp nguồn nuôi 12 – 24 VDC

Điện áp nguồn nuôi

EM 231 vào việc đo khối lượng, lấy tín hiệu khuếch đại từ Loadcell, biến đổi

AD và truyền dữ liệu về CPU 224 xử lý sau đó xuất kết quả lên giao diệnWinCC

Hình 2 21 Modul Analog EM231

là điện trở, EM231 là modul đọc các tính hiệu analog nói chung có độ phân giải

12 bit

Bảng 2 2 Thông số modul Analog EM 231 và EM 235

- Đối với modul analog EM231 có thể nhận tính hiệu analog là dòng hoặc

áp Dạng dữ liệu sau khi chuyển đổi từ tính hiệu analog sang digtal từ -32000đến +32000 hoặc từ 0 đến 32000, tất cả các thông số này có thể lựa chọn tùythuộc vào yêu cầu của mỗi cảm biến và người dùng muốn cài đặt

Hình 2 22 Các switch cho phép cấu hình modul EM231

Hình 2 23 Cấu trúc dữ liệu của word ngõ vào

Bảng 2 3 Bảng cấu hình modul EM 231

Cổng mở rộng các ngõ vào ra

Led ngõ ra của PLC

Led ngõ vào của PLC

Trạng thái hoạt động

của PLC

Tùy chọn mở rộng bộ nhớ

Cổng truyền thông nối tiếp

2.4Giới thiệu về bộ điều khiển logic lập trình

2.4.1 Khái niệm chung

PLC là chữ viết tắt của từ Programmable Logic Control, là bộ điều khiểnlogic có thể lặp trình loại nhỏ của hãng Siemens (Cộng Hoà Liên Bang Đức)

PLC S7 200 có cấu trúc kiểu module và có nhiều module mở rộng Các module

này được sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau Thành phần cơ bản của PLC

S7 200 là khối vi xử lý CPU S7 200 có đến 7 module mở rộng, nếu dùng cho

các ứng dụng cần đến việc tăng số ngõ vào/ra, ngõ vào/ra analog, kết nối mạng

Hình 2 24 Hình dáng bên ngoài của PLC S7 - 200

- Bảo trì dễ dàng

2.4.3 Phân loại PLC S7 200

Việc phân loại S7 200 dựa vào loại CPU mà nó được trang bị Các loại PLCthông dụng như CPU 222, CPU 224, CPU 224XP (có 2 cổng giao tiếp), CPU

226 (có 2 cổng giao tiếp), CPU 226 XP

Thông thường S7 200 được phân ra làm hai loại chính dựa vào nguồn điện

áp cấp cho CPU hoạt động

+ Loại cấp điện áp 220 VAC:

- Ngõ vào: Kích hoạt mức 1 ở cấp điện áp +24VDC (từ 15VDC – 30VDC)

- Ưu điểm: ngõ ra là transistor do đó có thể sử dụng ngõ ra này để biến điệu

độ rộng xung, output tốc độ cao

- Nhược điểm: Do ngõ ra là transistor nên chỉ có thể sử dụng một cấp điện

áp duy nhất là 24 VDC, do vậy sẽ gặp rắc rối trong những ứng dụng có cấp điện

áp ra khác nhau Trong trường hợp này phải thông qua một relay đệm 24 VDC.Sau đây là bảng cung cấp cho chúng ta các thông số của các loại CPU

của S7 200 :

Đặc điểm CPU 221 CPU 222 CPU 224 CPU 226

Kích thước

(mm)

90x80x62 90x80x62 120,5x80x62 190x80x62

Bộ nhớ ROM 2048 Words 2048 Words 4096 Words 4096 Words

Bộ nhớ RAM 1024 Word 1024 Word 2056 Word 2056 Word

Bảng 2 4 Thông số của các loại CPU dòng S7 200

2.4.4 Chức năng hình dạng bên ngoài PLC S7 200 CPU 224

CPU 224 có 14 ngõ vào và 10 ngõ ra, có khả năng kết nối thêm 7 modul mởrộng

- Các đèn báo trên S7 200 CPU 224 (Hình 2.11)

+ SF (đèn đỏ): Đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống bị lỗi

2.4.5 Cấu trúc bên trong

Cũng như các loại PLC tiêu biểu khác, PLC S7 200 gồm có 4 bộ phận cơbản: bộ xử lý, bộ nhớ, bộ nguồn, giao diện nhập/xuất

- Bộ xử lý còn gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU), chứa bộ vi xử lý, biên dịchcác tín hiệu nhập và thực hiện các hoạt động điều khiển theo chương trình đượclưu trong bộ nhớ, truyền các quyết định dưới dạng tín hiệu hoạt động đến cácthiết bị xuất

- Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp DC (24VDC) cần thiết cho bộ vi xử lý và các mạch điện trong các module giao tiếpnhập và xuất

Bộ nguồn công suất

2.4.6 Đặc điểm ngõ vào ra của PLC S7 200

1 Nhập dữ liệu từ ngoại

Vi vào bộ nhớ ảo

4 Chuyển dữ liệu từ bộ đệm ảo ra ngoại vi

- Chịu quá dòng đến 7A

- Điện trở cách ly nhỏ nhất là : 100Mega Ohm

- Điện trở công tắc là: 200 mili Ohm

- Thời gian chuyển mạch tối đa: 10 ms

- Thời gian duy trì khi mất nguồn là 10ms

- Cầu chì bên trong 2A / 250V

2.4.7 Thực hiện chương trình

- PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp Mỗi vòng lặp được gọi làvòng quét (scan) Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn đọc dữ liệu từ cáccổng vào vùng bộ đếm ảo, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình Trongtừng vòng quét, chương trình được thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc bằnglệnh kết thúc (END) Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn truyềnthông nội bộ và kiểm tra lỗi Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn chuyển cácnội dung của bộ đếm ảo tới các cổng ra

Đề tài : Máy Ép Viên Thức Ăn Gia Súc - Nhóm SV Lớp CĐT1 - K4 Page 39

Hình 2 26 Vòng quét trong PLC S7 200

- Như vậy tại thời điểm vào/ra thông thường lệnh không làm việc trực tiếpvới cổng vào/ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số.Việc truyền

thông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong các giai đoạn 1 và 4 do CPU quản

lý Khi gặp lệnh vào/ra thì hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khác, ngay cảchương trình xử lý ngắt để thực hiện lệnh này một cách trực tiếp với cổng vào/ra[2]

2.4.8 Phần mềm lặp trình của PLC S7 200

- STEP7 MicroWin chạy trên hệ điều hành Windows, phần mềm này làmnhiệm vụ trung gian giữa người lặp trình và PLC Có 3 khối lập trình chính:khối chương trình (Program Block), khối dữ liệu (Data Block) và khối hệ thống(System Block) Ngoài ra PLC S7 200 còn 4 khối lập trình phụ là: khối địnhnghĩa các ký hiệu (Symbol table), khối xem trạng thái các biến (Status chart),khối tham chiếu (Cross Reference) và khối truyền thông (Communication) [3]

- Trong STEP7 MicroWin có 3 cách soạn thảo một chương trình: soạn thảochương trình dưới dạng thang (Ladder), dạng câu lệnh STL (Statement list) và

sơ đồ khối FBD (Function Block Diagram) Trong 3 cách soạn thảo trên, soạnthảo chương trình bằng ladder là thông dụng nhất vì cho phép người lập trìnhquan sát được chương trình đang chạy một cách trực quan, việc chuyển đổi từdạng soạn thảo này sang dạng soạn thảo khác một cách dễ dàng

- Cấu trúc chương trình gồm: chương trình chính (Main program), chươngtrình con (Subroutine) và chương trình con phục vụ ngắt (Interrupt)

+ Ngôn ngữ lập trình Ladder

Ladder là một ngôn ngữ lập trình bằng đồ họa Những thành phần cơ bảndùng trong Ladder tương ứng với các thành phần của bảng điều khiển bằng rơle

- Các lệnh về Bit: