Nghiên cứu và xây dựng hệ thống kiểm định cân băng tải

Năm 2009, Tổng cục đo lường chất lượng ban hành văn bản pháp quy ĐLVN 03:2009 “Quy trình kiểm định cân băng tải” và được áp dụng từ năm 2009 tới nay… Mục đích nghiên cứu của luận văn nhằ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

Họ và tên : Nguyễn Công Trung

TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN

NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG

HỆ THỐNG KIỂM ĐỊNH CÂN BĂNG TẢI

Chuyên ngành : Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

ĐO LƯỜNG VÀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN

1 PGS TS NGUYỄN QUỐC CƯỜNG

Hà Nội – Năm 2015

MỤC LỤC

Lời cam đoan 4

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt 5

Danh mục các bảng 6

Danh mục các hình vẽ 7

LỜI MỞ ĐẦU 9

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÂN BĂNG TẢI, CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT, YÊU CẦU ĐO LƯỜNG CÂN BĂNG TẢI 11

1.1.Giới thiệu chung về cân băng tải: 11

1.2.Yêu cầu kỹ thuật và yêu cầu đo lường của cân băng tải 15

1.2.1 Yêu cầu kỹ thuật 15

1.2.2 Yêu cầu đo lường 16

1.2.3 Thực hiện kiểm định 18

1.3 Yêu cầu kỹ thuật của hệ thống kiểm định cân băng tải 19

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG KIỂM ĐỊNH CÂN BĂNG TẢI 21

2.1 Cơ sở thiết kế: 21

2.2 Thiết kế chung: 23

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHẦN CỨNG 28

3.1 Thiết kế thiết bị đo dịch chuyển băng tải: 28

3.1.1 Thiết kế phần cơ khí : 28

3.1.2 Thiết kế phần điện : 29

3.1 2.1 Thiết kế phần điện các khối chứng năng: 30

3.1.2.2 Thiết kế tổng quan phần điện thiết bị đo chiều dài dịch chuyển băng tải 34

3.2 Thiết kế phần cứng thiết bị chụp hình màn hình chỉ thị: 36

CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHẦN MỀM 39

4.1 Thiết kế hệ thống phần mềm thiết bị đo chiều dài dịch chuyển băng tải 39

4.2 Thiết kế hệ thống phần mềm thiết bị chụp ảnh màn hình chỉ thị 44

CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ 46

5.1 Kết quả : 46

5.2 Ước lượng độ không đảm bảo đo 50

5.2.1.Ước lượng độ không đảm bảo đo phép đo dịch chuyển băng tải 50

5.2.2 Độ không đảm bảo đo do sự chênh lệch thời gian chụp ảnh tại hai thời điểm “Start” và “Stop” 52

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO 58

PHỤ LỤC 59

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và không trùng lặp với các đề tài khác

Tác giả luận văn ký tên

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

ĐLVN: Đo lường Việt Nam

RTC: Khối thời gian thực (Real time clock)

MCU: Khối vi điều khiển (Micro Control Unit)

mpe: sai số lớn nhất cho phép (g, kg, tấn)

∑min : là tải trọng tổng nhỏ nhất tính bằng đơn vị đo khối lượng, mà dưới nó, cân có sai số tương đối sẽ lớn

Qmax : là năng suất lớn nhất tương ứng với mức cân lớn nhất (của cơ cấu cân) và tốc

Danh mục các bảng

Bảng 1 Sai số lớn nhất cho phép của cân băng tải [1] 16 Bảng 2 Bảng kết quả đo thời gian chụp ảnh của hệ thống 54 Bảng 3 Bảng tổng hợp các thành phần độ không đảm bảo đo 55

Danh mục các hình vẽ

Hình 1 1 Một số hình ảnh về cân băng tải tại nhà máy Dap2 tại Lào Cai 12

Hình 1 2 Hình ảnh một giường cân, và con lăn (màu xanh)[5] 13

Hình 2 1 Sơ đồ khối hệ thống kiểm định cân băng tải 21

Hình 2 2 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn LM2576 24

Hình 3 2 Mô hình 3D phần cơ khí 28

Hình 3 3 Sơ đồ khối thiết bị đo dịch chuyển băng tải 29

Hình 3 4 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 30

Hình 3 5 Sơ đồ chân kết nối cảm biến từ và encoder với Vi điều khiển 31

Hình 3 6 Sơ đồ kết nối màn hình hiển thị 31

Hình 3 7 Sơ đồ kết nối MCU 32

Hình 3 8 Sơ đồ nguyên lý khối bàn phím 33

Hình 3 9 Sơ đồ nguyên lý khối RTC 33

Hình3 10 Sơ đồ nguyên lý mạch điện thiết bị đo chiều dài dịch chuyển băng tải 34

Hình 3 11 Sơ đồ mạch in mạch điện thiết bị đo chiều dài dịch chuyển băng tải 34

Hình 3 12 Sơ đồ 3D mạch điện thiết bị đo chiều dài dịch chuyển băng tải.(Top layer) 35

Hình 3 13 Sơ đồ khối thiết bị chụp ảnh màn hình (sử dụng camera điện thoại) 36

Hình 3 14 Sơ đồ nguyên lý mạch điện thiết bị chụp hình chỉ thị 37

Hình 3 15 Sơ đồ mạch in thiết bị chụp hình chỉ thị 38

Hình 3 16 Sơ đồ 3D mạch điện thiết bị chụp hình chỉ thị 38

Hình 4 1 Sơ đồ khối chức năng phần mềm thiết bị đo chiều dài dịch chuyển băng tải 39 Hình 4 2 Sơ đồ cây hiển thị LCD 42 Hình 4 3 Sơ đồ khối chức năng phầm mềm thiết bị chụp ảnh màn hình chỉ thị 44

Hình 5 1 Những hình ảnh thực tế thiết bị đo chiều dài dịch chuyển băng tải 47 Hình 5 2 Hình ảnh thực tế mạch điện thiết bị chụp ảnh màn hình định lượng 48 Hình 5 3 Mạch điện thiết bị đo chiều dài dịch chuyển băng tải 49 Hình 5 4 Hình ảnh lắp đặt ngoài hiện trường 50

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, đất nước ta vẫn đang trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa và đi đôi với nó là tốc độ phát triển công nghiệp luôn ở mức cao, Đảng và nhà nước cũng đã có những chính sách thu hút đầu tư vốn nước ngoài, gần đây nhất dự

án Khu công nghiệp VSIP Nghệ An (Việt Nam – Singapore) mới được đưa vào khởi công xây dựng tháng 09/2015… Cùng với đó sự phát triển của các công ty đa quốc gia như Công ty Samsung của Hàn Quốc… Và đi đôi với sự phát triển công nghiệp thì không thể thiếu “Đo lường” Đo lường tham gia vào mọi hoạt động xã hội và diễn ra hằng ngày mọi lúc mọi nơi Đo lường đảm bảo cho quá trình đo được thống nhất và về các phương pháp nhằm đạt được độ chính xác yêu cầu Đo lường đóng vai trò to lớn trong việc xây dựng phương pháp và thiết bị đo và giải quyết hầu hết các bài toán đặt ra của kỹ thuật đo lường, phục vụ cho các bài toán thiết kế hay chế tạo hay xây dựng các quy trình sản xuất.Và tất yếu, các thiết bị cân đo đong đếm (thiết bị đo lường) luôn luôn cần thiết và sử dụng rất nhiều trong các quy trình sản xuất, quy trình kiểm tra chất lượng sản phẩm hàng hóa Như chúng ta đã biết, Khối lượng là một trong bảy đơn vị cơ bản trong hệ SI Trong đời sống xã hội, phép cân thương mại diễn ra hằng ngày cùng với sự phát triển của kinh tế, phép cân cũng được thực hiện trong quá trình sản xuất để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm… Qua đó, ta thấy được rằng phép cân có ý nghĩa vô cùng to lớn trong xã hội

Và trong khuôn khổ đề tài này, tôi chỉ đề cập tới lĩnh vực mà tôi hiện đang công tác

là lĩnh vực Đo lường Khối Lượng, cụ thể hơn về một loại cân đó là hệ thống cân băng tải định lượng

Cân băng sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, nhưng việc định lượng qua cân băng tải có chính xác hay không? Cân băng tải đang được sử dụng tại một nhà máy nào đó liệu có đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, yêu cầu đo lường theo văn bản đo lường pháp quy của nhà nước hay không? Và phương pháp đánh giá đang thực hiện

có sử dụng đồng hồ bấm giây, thước cuộn bộc lộ nhiều hạn chế sẽ được trình bày

trong phần sau Từ những lý do trên, tôi đã chọn đề tài : Nghiên cứu và xây dựng hệ thống kiểm định cân băng tải

Hệ thống kiểm định cân băng tải sử dụng xích chuẩn đã có từ rất lâu, và dựa theo các văn bản đo lường pháp quy của nhà nước Năm 1998, Tổng cục tiêu chuẩn

đo lường chất lượng đã cho ra đời văn bản đo lường pháp quy ĐLVN 03:1998 “Quy trình kiểm định cân băng tải” Năm 2009, Tổng cục đo lường chất lượng ban hành văn bản pháp quy ĐLVN 03:2009 “Quy trình kiểm định cân băng tải” và được áp dụng từ năm 2009 tới nay…

Mục đích nghiên cứu của luận văn nhằm nâng cao độ chính xác trong việc đánh giá yêu cầu đo lường, yêu cầu kỹ thuật của cân băng tải dựa trên văn bản đo lường pháp quy hiện hành ĐLVN 03 – Cân băng tải – quy trình kiểm định,khắc phục các hạn chế của phương pháp đang được thực hiện có sử dụng đồng hồ bấm giây, thước mét, xích chuẩn nhằm cải tiến phép kiểm định cân băng tải Đối tượng

nghiên cứu trong luận văn là cân băng tải hay cân băng định lượng cấp chính xác

0,5 là cân băng tải có cấp chính xác cao nhất

Đề tài nhằm mục đích Nghiên cứu và xây dựng một thiết bị đo dịch chuyển

băng tải và và một thiết bị tự động chụp màn hình chỉ thị tại hai thời điểm bắt đầu –

“Start” và kết thúc – “Stop” của mỗi chu trình đo, từ đó đánh giá sai số cân băng

tải qua sự sai khác giữa khối lượng chỉ thị thực tế I chạy qua băng tải và khối lượng tính toán M Từ đó hệ thống cung cấp những thông số quan trọng trong việc hiệu chỉnh lại các thông số của cân băng tải như: chiều dài dịch chuyển băng tải trong số nguyên lần vòng băng (m), thời gian chạy hết số nguyên lần vòng băng tải đó (s) Trong luận văn này, tôi sử dụng phương pháp phân tích, tổng hợp và so sánh là phương pháp nghiên cứu

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÂN BĂNG TẢI, CÁC YÊU CẦU

KỸ THUẬT, YÊU CẦU ĐO LƯỜNG CÂN BĂNG TẢI

1.1.Giới thiệu chung về cân băng tải:

Hệ thống cân băng định lượng là một trong các hệ thống có vai trò rất quan trọng trong các dây truyền sản xuất trong công nghiệp, thương mại Các quá trình công nghệ nói chung đều đi từ xử lý các nguyên liệu thô ban đầu để tạo ra các thành phẩm Vậy phải làm thế nào để định lượng được khối lượng nguyên liệu đầu vào một cách chính xác và để cho ra đời các sản phẩm đạt tiêu chuẩn chất lượng với chi phí sản xuất thấp nhất? Trong các nhà máy, xí nghiệp mọi công đoạn xử lý nguyên liệu đều cần được định lượng, từ các lĩnh vực đơn giản như đưa ra một khối lượng nguyên liệu đầu vào để sản xuất đến các công việc phức tạp như sử dụng trong thương mại để buôn bán, trao đổi Vai trò của việc cân định lượng là không thể thiếu trong các hệ thống tự động hóa như: trong các nhà máy xi măng, nhà máy nhiệt điện…Hệ thống cân băng tải tham gia vào quá trình sản xuất xi măng bao gồm: cân đo các nguyên liệu cho máy nghiền nguyên liệu theo các tỷ lệ, thành phần

và năng suất đặt trước, cung cấp nhiên liệu để đốt đảm bảo lưu lượng sao cho phù hợp với các điều kiện trước, trong và sau lò lung… Ngoài ra hệ thống cân băng định lượng còn cân đo các nguyên liệu như than, thạch cao… cho các máy nghiện clanhke, nghiền than, máy đống bao, máy sản xuất gạch men… [3]

Hình 1 1 Một số hình ảnh về cân băng tải tại nhà máy Dap2 tại Lào Cai

(Cân băng tải của SIEMENS – sử dụng đầu chỉ thị BW500)

Cân băng tải cấp liệu thường được sử dụng để giám sát khối lượng nguyên liệu cấp cho một đầu vào dây truyền sản xuất hay đầu ra trong buôn bán, thương mại Cân băng tải thông thường trước khi sử dụng để xuất, nhập hàng hay nguyên vật liệu đều phải được kiểm định của cơ quan có thẩm quyền với độ chính xác theo phê duyệt mẫu của cân băng tải

Cấu trúc của một hệ cân băng tải bao gồm những thành phần chính sau:

- Khung cân (hay giường cân) và con lăn: Trong hệ thống cân băng tải một đoạn băng tải (thường dài từ 2-5m) cả giường cân, con lăn và băng tải nguyên liệu được đặt trên loadcell

Hình 1 2 Hình ảnh một giường cân, và con lăn (màu xanh)[5]

- Khối đo năng suất bao gồm: cảm biến loadcell, bộ tích phân, và cảm biến tốc

độ, động cơ, biến tần, khối điều khiển quá trình…

+ Bộ điều khiển trung tâm PLC với các module mở rộng analog vào/ra để nhận tín hiệu từ cảm biến trọng lượng loadcell và xuất điều khiển biến tần thay đổi tốc độ động cơ

+ Biến tần: Biến tần sử dụng phương pháp điều khiển vecto từ thông, thực hiện các lệnh điều khiển của máy tính thông qua PLC hoặc trực tiếp từ PLC Biến tần cũng nhận tín hiệu phản hồi tốc độ động cơ để thực hiện tính toán các thông số của luật điều khiển PID (kp, ki, kd) nhằm điều khiển tốc độ động cơ tiến đến giá trị tốc độ đặt

+ Động cơ: Động cơ không đồng bộ ba pha dùng truyền động chính cho băng tải

+ Hộp số: Đóng vai trò quan trọng trong việc truyền động giữa động cơ với băng tải và các con lăn Nó là một tổ hợp biệt lập gồm các bộ phận truyền bánh răng hay trục vít để giảm số vòng quay và truyền công suất đến các

cơ cấu chấp hành

+ Loadcell là loại cảm biến trọng lượng đặc biệt chống rung chuyên sử dụng trong cân băng và dùng để đo khối lượng tức thời của nguyên liệu cân băng

+ Thiết bị hiển thị trọng lượng (đầu cân) dùng để hiển thị khối lượng tức thời trên băng, đồng thời để đối chiếu với giá trị hiển thị trên máy tính và

sử dụng để tham khảo trong các trường hợp điều khiển bằng tay

+ Encoder dùng để đo vận tốc quay của con lăn chính của băng tải cấp liệu ( là con lăn chủ động gắn với động cơ), từ đó bộ điều khiển trung tâm tính toán ra được vận tốc dài của băng để điều khiển biến tần giữ cho băng chạy với tốc độ cài đặt và hiển thị lên màn hình chỉ thị

+ Ngoài ra hệ thống cân băng tải còn có thể có cơ cấu căng băng để đảm bảo độ căng mặt băng trong vận hành…

- Khối giao diện người – máy gồm: máy tính và phần mềm…

- Nguyên lý hoạt động chung của cân băng:

Khi hệ thống khởi động, các cảm biến tốc độ sẽ đưa về PLC các thông số vận tốc dài của băng v (m/s), cảm biến loadcell sẽ đưa về PLC thông số trọng lượng trên một đơn vị dài của cân băng q ( kg/m), CPU sẽ thực hiện tính toán cho ra kết quả lưu lượng hiện thời của cân băng Q_tức_thời (kg/s) Sử dụng thuật toán điều khiển PID vòng kín so sánh kết quả với giá trị đặt , CPU sẽ điều khiển biến tần thay đổi tốc độ động cơ dẫn đến thay đổi vận tốc dài của băng và thay đổi lưu lượng qua băng tải gần với giá trị đặt

1.2.Yêu cầu kỹ thuật và yêu cầu đo lường của cân băng tải

Dựa theo ĐLVN 03- Cân băng tải quy trình kiểm định

- Phạm vi áp dụng: áp dụng trong quy trình kiểm định ban đầu, kiểm định định kỳ, kiểm định bất thường đối với cân băng tải có năng suất cân lớn nhất đến 1500 t/h, cấp chính xác 0,5; 1; 2

1.2.1 Yêu cầu kỹ thuật

Phải kiểm tra kỹ thuật theo các yêu cầu sau đây: [1]

a) Kiểm tra dàn băng tải:

- Dàn băng tải lắp cân tốt nhất đặt nằm ngang( không cho phép dàn băng ngiêng quá 20°, các con lăn trên dàn băng chạy êm, không đảo

- Băng tải phải có cơ cấu căng băng đảm bảo lực căng băng không đổi, không gây trượt băng, chỗ nối băng phẳng, không gây rung động

- Chiều dài khai triển S của băng không được lớn hơn một trong hai giá trị sau: Chiều dài dịch chuyển của 1 điểm bất kỳ trên băng trong 1,5 phút ở tốc độ danh nghĩa thấp nhất của băng hoặc 100m

- Bộ phận cấp liệu đặt xa giường cân, tránh rung động

- Con lăn đầu đo tốc độ băng luôn bám sát băng, khi chạy không bị trượt

b) Bộ phận tiếp nhận tải:

- Với cân băng tải cả giàn băng: Bộ phận nhận tải phải có kết cấu và được lắp đặt chắc chắn Vật liệu cân phải được cấp vào cân tại điểm tựa của đòn tải

- Với cân băng tải có giường cân:

o Giường cân được lắp chắc chắn, cố định đảm bảo chiều dài cân của giường không thay đổi trong suốt quá trình cân hoạt động

o Các con lăn trên giường cân tiếp xúc đều với băng, khi băng chạy không đảo lệch tâm, không kẹt, gây trượt băng

c) Bộ phận chỉ thị:

- Chỉ thị “0”: Khối lượng của băng được cân bằng thông qua cơ cấu đặt “0” và chỉ thị ổn định số chỉ sau mỗi vòng băng khép kín

- Chỉ thị tổng: Bộ chỉ thị và in số liệu phải hoạt động tin cậy, không nhầm lẫn giá trị chỉ thị

1.2.2 Yêu cầu đo lường

a) Sai số lớn nhất cho phép mpe:[1]

- Tại điểm “0”: mpe của chỉ thị “0” sau một vòng kín làm việc của băng ở chế độ không tải, không được lớn hơn

0,025% Qmax t đối với cân cấp chính xác 0,5 0,05% Qmax t đối với cân cấp chính xác 1 0,1% Qmax t đối với cân cấp chính xác 2 t- là thời gian chạy hết 1 vòng băng

- Tại các mức tải: (chỉ áp dụng cho các mức tải ứng với năng suất cân từ 20%Qmax đến Qmax)

Khi kiểm định bằng vật liệu cân: mpe được quy định trong bảng 1

Khi kiểm định mô phỏng: mpe lấy bằng 0,7 giá trị quy định trong bảng 1

Chế độ kiểm định Sai số cho phép tính theo %

- Tại các mức tải: Tại mức tải bất kỳ, chênh lệch giữa 2 chỉ thị, nhận được từ hai tải trọng chênh nhau một lượng bằng mpe, ít nhất phải bằng ½ của hiệu số của hai giá trị tải trọng tổng tính toán tương ứng

- Tải trọng tổng nhỏ nhất ∑min của cân không được nhỏ hơn giá trị lớn nhất trong

3 giá trị sau đây:

o 2% ∑max

o Tải trọng nhận được sau một vòng băng ở năng suất lớn nhất Qmax

o Tải trọng tương ứng với số lượng độ chia tổng sau đây:

800d đối với cân cấp chính xác 0,5 400d đối với cân cấp chính xác 1 200d đối với cân cấp chính xác 2

- Khi kiểm định bằng vật liệu cân, khối lượng vật liệu cân cần thiết để kiểm định không được nhỏ hơn giá trị tải trọng tổng nhỏ nhất ∑min nêu tại mục trên

e) Yêu cầu về mức tải kiểm định

Kiểm định mô phỏng cũng như kiểm định bằng vật liệu cân phải được thực hiện ít nhất tại 2 mức tải tương ứng với (40% đến 50%) và (80% đến 100%) năng suất lớn nhất Qmax của cân

1.2.3 Thực hiện kiểm định

a) Phương tiện kiểm định sử dụng: [1]

- Các quả cân xác định sai số, độ động (1-500)g, 1kg, 2kg – cấp chính xác M1

- Thanh chuẩn hay xích chuẩn – cấp chính xác M2 tương ứng với năng suất 40%Qmax và 80%Qmax của cân

- Thước dây hoặc thiết bị đo dài chuyên dụng , có chiều dài L=50m; d=1mm

- Đồng hồ bấm giây có độ chia d=0,2s

b) Phương pháp mô phỏng: [1]

- Chuẩn bị:

+ Cho băng chạy ở tốc độ kiểm định không ít hơn 20 phút

+ Dùng thước cuộn đo chiều dài khai triển S của băng

+ Đánh dấu lên băng, cho băng chạy, dùng đồng hồ bấm giây đo thời gian “t” chạy hết một vòng băng Thực hiện đo 3 lần, lấy giá trị trung bình ttb

+ Tính toán xác định trị số gia trọng để thử động, các mức cân sẽ kiểm và các trị số phải chỉ thị theo tính toán và sai số cho phép theo yêu cầu bảng 1

- Kiểm tra tại mức cân “0”:

+ Đặt chỉ thị ở chế độ kiểm “0”, cho băng chạy, cân hoạt động và đặt trước

số vòng khép kín băng tải đảm bảo một phép kiểm xấp xỉ 3 phút

+ Kiểm tra sai số điểm “0” theo yêu cầu đo lường trình bày ở trên

+ Kiểm tra độ động điểm “0” và độ lặp lại điểm “0” theo yêu cầu đo lường trình bày ở trên

- Kiểm tra tại các mức tải :

+ Để thực hiện kiểm tra tại các mức tải, cần gá đặt thanh chuẩn lên cơ cấu đặt tải hoặc xích chuẩn lên băng tải Việc gá đặt xích chuẩn phải đảm bảo tải trọng của xích tác dụng đều lên cơ cấu nhận tải, không gây xung lực và tuyệt đối an toàn khi băng chạy

+ Kiểm tra tại 02 mức tải theo yêu cầu đo lường mục (e) tại mỗi mức tải kiểm, thực hiện kiểm tra sai số, độ động, độ lặp lại theo các yêu cầu đo lường mục b,c Riêng mức cân (40%-50%)Qmax kiểm tra thêm chỉ tiêu tải trọng đặt lệch tâm

- Kiểm tra lại mức cân “0” như các bước ở trên

c) Kiểm tra bằng vật liệu cân: [1]

- Việc kiểm định bằng vật liệu thực chỉ được thực hiện khi điều kiện nêu tại mục kiểm định mô phỏng hoàn toàn đảm bảo, việc cân, cấp và thu vật liệu đảm bảo chính xác, không rơi vãi vật liệu

- Trình tự kiểm định với vật liệu cân thực hiện như kiểm định mô phỏng, thay vì gá đặt thanh chuẩn hoặc xích chuẩn là việc sử dụng vật liệu cân được hiết bị chứa và cấp rải đều lên băng tải theo mức năng suất kiểm đã dự tính trước

- Việc cân vật liệu trên cân kiểm tra có thể thực hiện trước hoặc sau khi rải vật liệu lên băng tải, không rơi vãi, hao hụt

- Tại mỗi mức kiểm tra, cần thực hiện kiểm tra 3 lần, tính sai số trung bình

1.3 Yêu cầu kỹ thuật của hệ thống kiểm định cân băng tải

Qua những bước thực hiện kiểm định trong thực tế, những nhược điểm của phương pháp đánh giá sai số cân băng tải có sử dụng đồng hồ bấm giây và thước cuộn như sau:

+ Chiều dài 1 vòng băng tải được xác định bằng cách đo nhiều lần khoảng cách 50m, (do trên thị trường thường sử dụng thước cuộn L = 50m và d = 1mm), việc sử dụng này gây ra sai số do kỹ thuật người đo, do việc kéo thước dây không đủ căng Giả sử trong thực tế, chiều dài 1 vòng băng tải là 600 m ta

sẽ phải dùng thước đo 12 lần Nếu chiều dài 1 vòng băng tải lớn hơn, ta đo thời gian băng chạy hết 600m là t1, và thời gian chạy hết 1 vòng băng là t từ đó tính toán tỉ lệ xác định chiều dài 1 vòng băng L = 600 x t/t1 (m)

+ Sử dụng bút xóa hoặc băng xóa đánh dấu trên mặt băng 1 điểm mốc, từ đó dùng đồng hồ bấm giây và mắt thường để xác định thời gian t chạy hết 1 vòng băng, thực tế thực hiện kiểm định đo thời gian chạy hết 1 vòng băng 3 lần, lấy kết quả trung bình và coi không đổi trong suốt quá trình kiểm định (thời gian chạy hết 1 vòng băng là 1 hằng số) việc này dẫn tới sai số

+ Đọc kết quả định lượng bằng mắt cũng có thể gây ra sự không chính xác trong việc ghi số liệu

Để khắc phục những nhược điểm trên, hệ thống đo trong khuôn khổ nghiên cứu của đề tài này đã phần nào khắc phục những nhược điểm trên

Căn cứ những yêu cầu kỹ thuật, yêu cầu đo lường và trình tự thực hiện việc kiểm định trình bày ở trên và những nhược điểm của phương pháp sử dụng thước cuộn và đồng hồ bấm giây

Mục tiêu của đề tài là xây dựng hệ thống đo chiều dài dịch chuyển băng tải

và chụp màn hình chỉ thị đảm bảo yêu cầu kỹ thuật để kiểm định cân băng tải cấp chính xác cao nhất – cấp chính xác 0,5 Tôi xây dựng một hệ thống kiểm định cân băng tải bao gồm 02 thành phần chính như sau :

+ Thiết bị đo các thông số cân băng tải như: chiều dài dịch chuyển băng tải

theo n số nguyên lần vòng băng ; thời gian chạy hết số nguyên n lần vòng băng; vận tốc tức thời, vận tốc lớn nhất, vận tốc nhỏ nhất Từ khối lượng xích chuẩn đặt trên giường cân tính toán được khối lượng tính toán (M_tinh_toan) chạy qua băng để phục vụ cho công tác hiệu chỉnh lại thông số cân băng tải sao cho đạt yêu cầu đo lường nêu tại mục 1.2.2 Thay thế cho việc sử dụng đồng hồ bấm giây và thước dây Trong kiểm định/hiệu chuẩn thì không thể thiếu xích chuẩn Trong khuôn khổ đề tài nghiên cứu tôi không thiết kế, hay chế tạo xích chuẩn

+ Thiết bị chụp màn hình chỉ thị : Nhận lệnh chụp ảnh màn hình chỉ thị tại

hai thời điểm có tín hiệu “Start” – tín hiệu bắt đầu quá trình đo và tín hiệu “Stop” – tín hiệu kết thúc quá trình đo và thực hiện chụp ảnh

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG KIỂM ĐỊNH CÂN BĂNG TẢI

2.1 Cơ sở thiết kế:

Dựa trên cơ sở các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống kiểm định cân băng tải trình bày ở phần trên và mục tiêu của đề tài Tôi xây dựng sơ đồ khối hệ thống kiểm định cân băng tải như sau:

Hình 2 1 Sơ đồ khối hệ thống kiểm định cân băng tải

(Trong đề tài nghiên cứu này tôi không nghiên cứu xích chuẩn)

Đối tượng áp dụng trong nghiên cứu là các loại cân băng tải cấp chính xác 0,5;1; 2

Nguyên tắc hoạt động của chung của hệ thống kiểm định cân băng tải như sau:

Khi có tín hiệu bắt đầu đo – gọi tắt là tín hiệu Start, thiết bị đo dịch chuyển băng tải bắt đầu đo chiều dài dịch chuyển của điểm “start” – gắn chặt với bề mặt băng tải, ngay lúc này thiết bị đo chiều dài dịch chuyển sẽ gửi 1 lệnh chụp ảnh tới thiết bị chụp màn hình chỉ thị, thực hiện chụp màn hình định lượng từ đó đọc được khối lượng chỉ thị khi bắt đầu– gọi tắt là I_start, màn hình chỉ thị thiết bị đo dịch chuyển băng tải liên tục cập nhật các thông số như chiều dài dịch chuyển của băng tải, thời gian dịch chuyển, vận tốc tức thời, vận tốc trung bình, vận tốc nhỏ nhất, vận tốc lớn nhất sau mỗi khoảng thời gian Δt=0,5s Khi gặp tín hiệu kết thúc quá trình đo – gọi tắt là tín hiệu “Stop”, thiết bị đo chiều dài dịch chuyển băng tải sẽ ngừng quá trình đo, ngừng cập nhật các thông số, và lập tức gửi 1 lệnh chụp ảnh

Xích chuẩn

Đối tượng Cân băng tải

Thiết bị đo dịch

chuyển băng tải

Thiết bị chụp màn hình chỉ thị

màn hình tới thiết bị chụp ta thu được hình ảnh chụp khi kết thúc quá trình đo từ đó đọc được khối lượng chạy qua băng khi kết thúc quá trình đo – gọi tắt là I_stop

Dựa trên thông tin về khối lượng xích chuẩn đặt trên băng tải là q kg/m, thông tin về chiều dài dịch chuyển băng tải đo được là L (m) ta tính toán được khối lượng chạy qua băng tải là:

M = L q (kg) (2.1) Khối lượng chạy qua băng tải thực tế I được tính bằng hiệu số của chỉ thị chụp màn hình định lượng giữa hai thời điểm “Stop” và “Start” như sau:

I = I_stop – I_start (kg) (2.2) Sai số ΔM của phép đo khối lượng chạy qua băng tải tính được :

ΔM= I – M (kg) (2.3) Sai số tương đối của phép đo được tính như sau:

đo phép xác định hệ số hiệu chính K tính như sau:

Thay công thức (2.2) và (2.1) vào công thức tính hệ số hiệu chính K ta được

K = (2.6)

Theo GUM , ĐKĐBĐ tương đối của hệ số hiệu chính là u K được tính như sau:

(2.7) Trong đó:

là ĐKĐBĐ tương đối phép đo chiều dài dịch chuyển băng tải

là ĐKĐBĐ tương đối của xích chuẩn sử dụng trong kiểm định/hiệu chuẩn cân băng tải, thành phần này không được đề cập trong đề tài

là ĐKĐBĐ tương đối do việc làm tròn khi hiển thị tại thời điểm “Start” và “Stop” nên thành phần này phụ thuộc vào màn hình chỉ thị của từng loại cân băng tải

là ĐKĐBĐ tương đối do độ lặp lại của cân băng tải phụ thuộc vào kết quả trong quá trình đo

là ĐKĐBĐ tương đối do sự sai lệch khoảng thời gian chụp ảnh Δt(s) tại hai thời điểm “Start” và “Stop”

Trong đề tài này, tôi nghiên cứu xây dựng hệ thống đo chiều dài dịch chuyển băng tải và chụp ảnh nên ĐKĐBĐ của hệ thống đo chỉ gồm 02 thành phần ĐKĐBĐ

là và được xác định như sau:

(2.8) Trong đề tài này, đối tượng nghiên cứu là cân băng tải cấp chính xác 0,5 nên sai số lớn nhất cho phép mpe là 0,25%

Trong đo lường, ĐKĐBĐ của chuẩn sử dụng phải nằm trong phạm vi ( mpe nên yêu cầu đặt ra cụ thể là xây dựng hệ thống đo có ĐKĐBĐ mở rộng

cho dòng tối đa tới 3A Thực tế thực nghiệm cho thấy LM2576 cho tỏa nhiệt mát…

Sơ đồ nguyên lý mạch ổn áp có thể thay đổi điện áp đầu ra:

Hình 2 2 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn LM2576

b) Thiết kế tín hiệu bắt đầu quá trình đo, tín hiệu kết thúc quá trình đo:

Chức năng của bộ phận này là tạo ra điểm nhận biết điểm bắt đầu và kết thúc

của mỗi vòng băng Có 02 phương án đưa ra như sau:

+ Sử dụng cảm biến quang

+ Sử dụng cảm biến tiệm cận

Phân tích ưu nhược điểm của 02 phương án:

Sử dụng cảm biến tiệm cận Sử dụng cảm biến quang

- Trong môi trường công nghiệp nhà

máy xi măng , than , nhiệt điện …luôn

có rất nhiều bụi trong môi trường, việc

sử dụng cảm biến tiệm cận sẽ loại trừ

ảnh hưởng do bụi bẩn (Ưu điểm)

- Trong môi trường công nghiệp nhà máy xi măng , than , nhiệt điện luôn có rất nhiều bụi, việc đánh dấu bằng vật liệu phản quang rất có thể sẽ thiếu hiệu quả nếu sử dụng trong thời gian dài ,bề mặt phản quang bám bụi làm giảm khả năng phản quang, có thể gây mất tín hiệu

mà ta không thể kiểm soát được (Nhược điểm)

-Do sử dụng cảm biến tiệm cận, nên

khoảng cách từ điểm đánh dấu dán trên

mặt băng tới cảm biến là ngắn, những

cảm biến tiệm cận thông dụng có khoảng

cách thu được cỡ 8mm, 15mm, 20mm

- Do sử dụng cảm biến quang nên khoảng cách từ điểm dán phản quang tới mắt đọc lớn (ưu điểm)

(nhược điểm)

- Dán tấm kim loại mỏng lên bề mặt

băng (ví dụ sử dụng lưỡi dao lam) sử

dụng keo cho kết quả tốt, nhưng khó gỡ

ra sau khi kiểm định xong (nhược điểm)

- Dán tấm phản quang lên bề mặt băng tải cao su dễ bị bong, hoặc có thể sử dụng bút xóa tạo mảng phản quang màu trắng (nhược điểm)

-Dễ gá lắp cảm biến tiệm cận lên trục

bánh xe, vào tạo khoảng cách cỡ 5mm từ

bề mặt cảm biến tiệm cận tới bề mặt

băng (Ưu điểm)

- Dễ gá lắp

-Điểm nối băng tải có thể sử dụng móc

bằng kim loại và cảm biến tiệm cận rất

dễ phát hiện ra điểm nối này Nếu kiểm

tra 1 vòng băng có 1 điểm nối băng bằng

kim loại chúng ta sẽ không cần dán điểm

đánh dấu bằng kim loại lên bề mặt băng

mà coi điểm nối băng là mốc (Ưu

điểm)

- Không ảnh hưởng nếu điểm nối băng là kim loại hay cao su

Không ảnh hưởng (ưu điểm) Trong quá trình chạy, rất dễ phát hiện sai

nếu có vật thể phản quang trên mặt băng , điều này khó kiểm soát và rất dễ bị nhận biết sai.(Nhược điểm)

Từ những phân tích trên, và do môi trường làm việc là môi trường công nghiệp nhiều bụi bẩn và cần sự ổn định nên tôi chọn phương án sử dụng cảm biến tiệm cận cho thiết kế của mình Để đảm bảo độ tin cậy, tôi chọn cảm biến tiệm cận

của hãng Haityyoung Nux – Hàn Quốc Model: UP30RLD-15N cho khoảng cách bắt tối đa 15mm Trong thực tế thực nghiệm gá lắp, khoảng cách từ cảm biến tiệm cận tới bề mặt băng tải luôn trong phạm vi (2-5) mm Vì vậy việc lựa chọn này đảm bảo độ tin cậy cho phép xác định điểm “Start” và “Stop” quá trình đo

+ Bánh xe phải hoạt động êm ,sử dụng vòng bi gắn trục quay giúp bánh xe quay nhẹ nhàng

d) Thiết kế phương án đo chiều dài dịch chuyển băng tải, vận tốc sử dụng :

Trong đề tài này tôi chọn phương án sử dụng encoder đếm xung trong quá trình

đo, từ thông tin số xung thu được tính toán chiều dài dịch chuyển băng tải đã chạy, thông tin số xung cập nhật trong mỗi khoảng thời gian = 0,5s tính toán được vận tốc tức thời băng tải Từ việc thay thế việc sử dụng thước cuộn có d = 1mm, kết hợp với thông số bánh xe thiết kế có đường kính D = 120mm, để đảm bảo độ phân giải của hệ thống nhỏ hơn 1mm, số xung tối thiểu của encoder là :

 PPR ≥ ≈ 376 xung/vòng Qua khảo sát thị trường, tôi thấy giá bán xung encoder loại 500 xung và 1000 xung không chênh nhau quá lớn, hơn nữa loại 1000 xung có đường kính trục φ =8

mm, phụ kiện có thêm khớp nối trục bằng nhựa và 1 mặt gá bằng thép nên tôi lựa chọn encoder 1000 xung của hãng Haitiyong, model: HB50E-1000, xuất sứ Hàn Quốc

e) Thiết kế khối giao tiếp truyền tin không dây:

Do khoảng cách từ giường cân băng tải tới đầu chỉ thị thường xa từ (10-200)m, việc sử dụng dây nối gây nhiều khó khăn trong việc đi dây nên trong khuôn khổ đề tài này tôi chọn giải pháp truyền tin không dây

Trên thị trường có rất nhiều module giao tiếp không dây sử dụng các băng tần khác nhau như 315Mhz, 433Mhz, 2.4Ghz Một số module cụ thể như nRF24L01

sử dụng sóng mang băng tần 2.4GHz Nhược điểm của sóng 2.4GHz là có băng tần trùng băng tần của sóng wifi, sóng bluetooth nên dễ bị nhiễu Trong đề tài nghiên cứu này, tôi chọn sử dụng sóng hồng ngoại băng tần 433Mhz

Trong khuôn khổ đề tài này, tôi nghiên cứu xây dựng thiết bị đo dịch chuyển băng tải và thiết bị chụp màn hình chỉ thị và các thiết bị được giao tiếp với nhau qua truyền tin không dây sử dụng module D-mi32, sóng mang thông tin RF có băng tần 433Mhz

Sau khi lên các phương án thiết kế, Chương 3 sẽ trình bày thiết kế phần cứng

cụ thể để thỏa mãn yêu cầu bài toán đưa ra

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHẦN CỨNG

Hệ thống phần cứng gồm hai phần chính

- Thiết kế thiết bị đo chiều dài dịch chuyển băng tải

- Thiết kế thiết bị chụp màn hình chỉ thị

Các thiết bị được giao tiếp với nhau qua module truyền tin không dây D-mi32

3.1 Thiết kế thiết bị đo dịch chuyển băng tải:

3.1.1 Thiết kế phần cơ khí :

Phần cơ khí bao gồm các chi tiết sau:

+ Bánh xe chạy trên băng có đường kính φ = 120 mm, góc bo lượn R=3, có khối lượng nặng và bề mặt nhám để đảm bảo trong quá trình vận hành bánh xe luôn luôn bám mặt băng , không bị trượt trong quá trình chạy

3.1.2 Thiết kế phần điện :

Mô tả: Thiết bị đo dịch chuyển băng tải sử dụng vi điều khiển Atmega32A Sau quá trình thiết lập thành công, thiết bị ở chế độ hoạt động bình thường, mặc

nhiên thiết bị được xác định đã sẵn sàng cho quá trình đo Tín hiệu bắt đầu – gọi tắt

là tín hiệu “Start” - sẽ khởi động quá trình đo khi có vật liệu từ ( ở đây là điểm gá

bằng kim loại lên bề mặt băng tải) và tín hiệu kết thúc quá trình đo – gọi tắt là tín

hiệu “Stop”- khi cảm biến tiệm cận phát hiện vật liệu từ đi qua lần thứ (n vòng

băng* k điểm từ/vòng + 1) Màn hình LCD hiển thị chiều dài dịch chuyển băng tải

đo được trong số nguyên n lần vòng băng, thời gian chạy hết n vòng băng Mỗi khi

có tín hiệu “Start” và “Stop”, MCU sẽ gửi 1 bản tin truyền tới thiết bị chụp ảnh

màn hình có nội dung là 2 mã ký tự ACSII “@@” để điều khiển ra lệnh chụp ảnh

Hình 3 2 Sơ đồ khối thiết bị đo dịch chuyển băng tải

MCU (Atmega32A) Encoder

Cảm biến tiệm cận

Màn hình hiển thị

Khối nguồn

Khối truyền tin không dây D-mi32

Bàn phím Khối RTC