Ứng dụng của hệ thống cân định lượng trong và ngoài nước
Ứng đụng cân định lượng tại nước ngoài
Tại các quốc gia phát triển, hệ thống cân định lượng được sử dụng phổ biến để đo lường nhiều loại sản phẩm khác nhau, bao gồm hạt, bột và các chất lỏng.
- Hê thống cân trạm chộn bê tông
Hình 1.1 Hệ thống cân trạm chộn bê tông
Trong hệ thống cân trạm trộn bê tông gồm 2 phễu cân:
+ Trọng tải cân: 300 ÷ 500 Kg/ 1 lần
+ Vị trí lắp đặt: Trên miệng máy trộn
+ Kiểu đóng mở: Bằng khí nén
+ Trọng tải cân: ≤ 350 Kg/1 lần cân
+ Vị trí lắp đặt: Trên miệng máy trộn
+ Kiểu đóng mở: Bằng khí nén
- Hệ thống cân định lƣợng sử dụng đồng thời nhiều cân:
Hình 1.2 Hệ thống cân định lƣợng sử dụng đồng thời nhiều cân
Ứng dụng cân định lượng trong nước
Trước đây, nền công nghiệp Việt Nam còn lạc hậu và chủ yếu dựa vào sản xuất nhỏ lẻ với nhiều hoạt động thủ công, khiến cho khái niệm tự động hóa trở nên xa lạ.
Trong những năm gần đây, sự hội nhập đã thúc đẩy sự phát triển của nền công nghiệp Việt Nam, dẫn đến việc các nhà máy sản xuất không ngừng cải tiến công nghệ Sự đầu tư từ các doanh nghiệp nước ngoài vào Việt Nam cũng gia tăng, tạo ra nhu cầu lớn về việc sử dụng cân định lượng từ cả doanh nghiệp trong và ngoài nước.
Hệ thống cân phân bón
Hình 1.3 Hệ thống cân phân bón
Hệ thống cân đóng bao xi măng
Hình 1.4 Hệ thống cân đóng bao xi măng
Mặc dù nhu cầu sử dụng cân định lượng tại Việt Nam rất cao, nhưng công nghệ thiết kế và lắp đặt cân định lượng trong nước vẫn chưa phát triển kịp Do đó, phần lớn thiết bị cân định lượng hiện nay đều phải nhập khẩu từ nước ngoài.
Gần đây, một số doanh nghiệp trong nước như Công ty Sơn Hòa, Sao Việt và Tân Phát đã nghiên cứu và lắp đặt thành công hệ thống cân định lượng với chất lượng và độ chính xác tương đương với các thiết bị nhập khẩu.
Ý nghĩa của việc kết hợp cân định lƣợng với PLC
Sự kết hợp giữa cân định lƣợng và PLC có những công dụng nhƣ sau:
- Góp phần tiết kiệm thời gian cân sản phẩm, nguyên liệu
- Giảm bớt nhân công, rút gọn chi phí sản xuất, giảm giá thành sản phẩm
- Cân sản phẩm khép kín nên giữ vệ xinh rất tốt
- Cân định lƣợng giúp xác định khối lƣợng của sản phẩm 1 cách chính xác nhất
Còn PLC là thiết bị lập trình giúp điều khiển hệ thống cân hoạt động nhanh hơn, chính xác hơn, năng xuất tăng cao
Sự kết hợp giữa cân định lƣợng và PLC là sự kết hợp cực kì cần thiết đối với thời buổi tự động hóa ngày nay.
Mục tiêu đề tài
- Thiết kế, điều khiển và giám sát hệ thống cân định lƣợng trực tuyến dùng PLC
- Thiết kế, mô phỏng, điều khiển, giám sát hệ thống cân cũng nhƣ cập nhật số liệu một cách tự động, liên tục và chính xác.
- Toàn bộ trạng thái hoạt động và số liệu cân thu về đƣợc điều khiển và giám sát trên máy tính thông qua phần mềm ứng dụng WinCC.
Hệ thống cân được thiết kế để dễ vận hành và thân thiện với người dùng, đồng thời cũng dễ dàng lắp đặt và tích hợp với dây chuyền sản xuất hiện có.
NỘI DUNG, CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Lý thuyết về hệ thống cân định lƣợng
2.1.1 Khối lượng của một vật thể
Khối lượng là thước đo phản ánh lượng vật chất có trong một vật thể, cho thấy mức độ đậm đặc của nó, từ loãng đến đặc Thông thường, khối lượng được hiểu là trọng lượng của vật thể khi đứng trên mặt đất.
- Khối lƣợng của vật có thể đƣợc tính từ tích phân toàn bộ thể tích của vật
dV m với là khối lƣợng riêng Đơn vị tiêu chuẩn đo khối lƣợng là kilogam (kg)
Trọng lượng của một vật là kết quả của khối lượng của nó dưới tác động của lực hấp dẫn trái đất, được tính bằng công thức P = m.g, trong đó g là gia tốc trọng trường, khoảng 9,8 m/s².
Các phương pháp đo khối lượng dựa vào mối quan hệ giữa các yếu tố vật lý Có nhiều cách xác định khối lượng từ cổ điển đến hiện đại, nhưng sai số là điều khó tránh khỏi với các thiết bị cân đơn giản Thiết bị cân điện tử đã khắc phục được nhược điểm này, mang lại độ chính xác cao hơn trong việc đo lường khối lượng.
2.1.2 Các hình thức xác định khối lượng của vật
Cân bằng đòn cân là phương pháp xác định khối lượng chưa biết bằng cách sử dụng các quả cân chính xác Khi một khối lượng chưa xác định được đặt trên đĩa cân, các quả cân có kích thước khác nhau sẽ được đặt lên đĩa đối diện cho đến khi đạt được trạng thái cân bằng Khối lượng chưa biết sẽ bằng tổng khối lượng của các quả cân đã được sử dụng.
Hình 2.1 Cân bằng đòn cân
Cân đồng hồ lò xo là thiết bị đo khối lượng dựa trên sự dịch chuyển của lò xo dưới tác động của trọng lực từ vật cần đo Khi đặt khối lượng chưa biết lên bàn cân, lò xo sẽ di chuyển cho đến khi đạt được trạng thái cân bằng với lực đàn hồi.
Lò xo cân bằng hoạt động dưới tác động của trọng trường để đo khối lượng chưa biết Lượng di động của lò xo được sử dụng để xác định khối lượng này Trên các cân đồng hồ chỉ thị kim, di động của lò xo làm cho kim quay thông qua cơ cấu bánh răng, với tỷ lệ hợp lý, từ đó góc quay của kim sẽ phản ánh chính xác khối lượng của vật cần cân.
Ngày nay, sự phát triển của khoa học kỹ thuật đã dẫn đến sự ra đời của các thiết bị cân điện tử, giúp xác định khối lượng của các vật thể từ rất nhỏ đến lớn, bao gồm cân phân tích, cân vàng và cân xe tải Những thiết bị này đang được sử dụng rộng rãi trong đời sống và sản xuất.
Để đạt được độ chính xác cao cho các bàn cân điện tử, cảm biến trọng lượng, hay còn gọi là cảm biến lực, là thiết bị không thể thiếu Trong đó, loadcell là loại cảm biến trọng lượng phổ biến nhất, hoạt động dựa trên nguyên lý biến dạng Khi một lực chưa biết tác động vào bộ phận đàn hồi, sự biến đổi của bộ phận này sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu điện tương ứng với lực tác động.
Cảm biến trọng lƣợng (Loadcell)
2.2.1 Cấu tạo của một loadcell
Loadcell là một thiết bị đo lường trọng lượng, bao gồm một vật chứng đàn hồi làm từ nhôm hoặc thép không gỉ, được xử lý đặc biệt Trên vật chứng này, có 4 strain gage được dán Khi loadcell chịu tác động của trọng lượng, vật chứng sẽ bị biến dạng, dẫn đến việc 2 hoặc 4 strain gage sẽ bị ảnh hưởng.
Cảm biến biến dạng, hay còn gọi là strain gage, bao gồm một sợi dây dẫn có điện trở suất, thường là hợp kim Niken, với chiều dài l và tiết diện s, được gắn cố định trên một phiến cách điện.
Hình 2.2 Cấu tạo Strain gage
Khi sử dụng strain gage để đo biến dạng của bề mặt, cần dán chặt strain gage lên bề mặt đó Điều này đảm bảo rằng khi bề mặt bị biến dạng, strain gage cũng sẽ biến dạng theo, giúp thu thập dữ liệu chính xác về mức độ biến dạng.
Các strain gage được sử dụng để đo lực, momen xoắn của trục, biến dạng bề mặt của chi tiết cơ khí và ứng suất Chúng cũng được áp dụng trong việc lắp đặt mạch cầu Wheatstone để chế tạo loadcell.
Loadcell hoạt động dựa trên nguyên lý cầu điện trở cân bằng Wheatstone, cho phép chuyển đổi sự thay đổi của điện trở từ các strain gage dưới tác dụng lực thành sự thay đổi điện áp trên đường chéo của cầu.
Trong sơ đồ trên RxRoR,U V V , ta có:
Nếu R