Ứng dụng PLC s7 200 để điều khiển trạm trộn bê tông tươi tự động

Hiện tại các nước trên thế giới đã và đang sử dụng hệ thống điều khiển tự động trạm trộn bê tông rất rộng rãi tại các trạm trộn bê tông... Ứng dụng của hệ thống trạm trộn bê tông điều kh

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay trong công nghiệp hiện đại hoá đất nước, yêu cầu ứng dụng tự động hoá ngày càng cao vào trong đời sống sinh hoạt, sản xuất (yêu cầu điều khiển tự động, linh hoạt, tiện lợi, gọn nhẹ ) Mặt khác nhờ công nghệ thông tin, công nghệ điện tử đã phát triển nhanh chóng làm xuất hiện một loại thiết bị điều khiển khả trình PLC Điều đó có thể khẳng định chiến lược phát triển toàn diện

về khoa học và công nghệ, đồng thời từ đó có cái nhìn tổng quan hơn, bao quát hơn, hướng đến sự phát triển toàn diện trong các lĩnh vực nhằm theo kịp sự phát triến của các nước trong khu vực Từ đó áp dụng các biện pháp công nghệ, những thành quả đã đạt được ứng dụng vào trong phát triển công nghiệp một cách hiệu quả nhất

Hiện nay Việt Nam đang là một nước trong đà phát triển, các công trình nhà máy, giao thông, nhà ở dần được xây dựng lên càng nhiều Vì thế việc cần dùng đến bê tông làm nguyên liệu là rất cần thiết Nhưng tất cả các khâu đong, trộn, vận chuyển đang gặp rất nhiều khó khăn Khó khăn về thời gian, nhân công, sẽ dẫn đến chậm tiến trình hoàn thành công việc Vì thế muốn thay đổi được vấn đề đó trước tiên là phải đổi mới tư duy lao động, thay biện pháp sản xuất thủ công thành sản xuất tự động điều khiển, giám sát quá trình đong, trộn bê tông là việc làm cấp bách hiện nay Do vậy để khắc phục khó khăn trên, bắt kịp với nhu cầu thị trường và nâng cao kiến thức thực tế của bản thân em xin chọn

đề tài “ Thiết kế và mô phỏng máy trộn bê tông điều khiển bằng PLC S7 - 200

” làm khóa luận tốt nghiệp

Hiện tại các nước trên thế giới đã và đang sử dụng hệ thống điều khiển tự động trạm trộn bê tông rất rộng rãi tại các trạm trộn bê tông

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRẠM TRỘN BÊ TÔNG

VÀ PLC S7-200 1.1 Ứng dụng của hệ thống trạm trộn bê tông điều khiển bằng PLC trong

và ngoài nước

1.1.1 Ứng dụng trạm trận bê tông điều khiển bằng PLC tại nước ngoài

Ở các nước phát triển thì hệ thống trạm trộn bê tông điều khiển bằng PLC được sử dụng và lắp đặt rất rộng rãi

Hình 1.1.Hệ thống trạm trộn bê tông

1.1.2 Ứng dụng trạm trộn bê tông ở trong nước

- Trước đây nền công nghiệp nước ta còn lạc hậu, kinh tế còn yếu kém,

sản xuất thường dùng thủ công là chủ yếu Các công trình giao thông chưa được

đổi mới, các nhà máy chưa mở ra nhiều, nên việc sử dụng đến bê tông chưa được nhiều, chủ yếu là tự sức người trộn bê tông hoặc dùng máy nhỏ để trộn

Hình 1.2.Máy trộn bê tông nhỏ

- Vài năm gần đây do thời buổi hội nhập nên nền công nghiệp nước ta đang phát triển, giao thông được quan tâm, nhà máy công trình, nhà ở mọc lên rất nhiều nên việc sử dụng bê tông là cần thiết

- Tuy nhu cầu sử dụng việc điều khiển trạm bê tông là lớn nhưng do chưa bắt kịp với công nghệ để thiết kế nên máy móc còn phải nhập khẩu từ nước ngoài

 Nhìn chung việc xây dựng trạm trộn bê tông tự động của nước ta là chưa cao, dẫn đến hiệu quả chung chưa cao Vì vậy nước ta cần nghiên cứ và đầu

tư nhiều hơn vào tự động hóa

Xây dựng trạm trộn bê tông tự động mang lại nhiều hiệu quả Năng suất chất lượng bê tông đạt mức cao, giá thành giảm, không phải dùng đến sức lực của nhân công… Đẩy mạnh chuyên môn hóa, đưa đất nước đi phát triển theo con đường công nghiệp hóa- tự động hóa

 Để bắt kịp xu thế công nghệ, nhu cầu thị trường trong nước và nhằm

nâng kiến thức của bản thân, em chọn đề tài “Thiết kế và mô phỏng máy trộn bê

1.2 Giới thiệu về S7-200

PLC viết tắt của Programmable Logic Control, là thiết bị điều khiển Logic

lập trình được hay khả trình, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình

Hình 1.3 PLC S7-200

S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của hãng Siemens, có cấu trúc theo kiểu modul và các modul mở rộng Các modul này được sử dụng cho những ứng dụng lập trình khác nhau Thành phần cơ bản của S7-200 là khối

vi xử lý CPU212 hoặc CPU214 Với sự phát triển ngày càng nhanh chóng như hiện nay thì Siemens đã cho ra đời them những khối vi xử lý khác như CPU221, CPU222, CPU223, CPU224, CPU225,CPU226 và những CPU dùng cho S7-300,… với những tính năng rất hữu ích

- CPU212 có 8 cổng vào, 6 cổng ra và có khả năng mở rộng them bằng 2 modul mở rộng

- CPU214 có 14 cổng vào và 10 cổng ra và có khả năng mở rộng thêm 7 modul mở rộng

S7-200 có nhiều modul mở rộng khác nhau Song các CPU xây dựng sau thường dựa trên nền tảng là CPU212 và CPU214 phát triển lên Nên trong phần tìm hiểu này em chỉ khảo sát chủ yếu về CPU2121 và CPU214

Hình 1.4 Modul phía sau Simatic

1.2.1 Cấu trúc của CPU212 bao gồm:

- 512 từ đơn (Word) để lưu chương trình thuộc miền bộ nhớ ghi/đọc được

và không bị mất dữ liệu nhờ có giao diện với EEPROM Vùng này gọi là vùng nhớ Nonvolatile

- 512 từ đơn để lưu dữ liệu trong đó có 100 thuộc vùng nhớ ghi/đọc thuộc miền Non-volatile

- 8 cổng vào logic và 6 cổng ra logic và có thể ghép nối thêm 2 modul để

mở rộng thêm các cổng logic vào ra

- Tổng số cổng vào ra cực đại là 64 cổng vào và 64 cổng ra

- 64 bộ tạo thời gian trễ, trong đó có 2 timer có độ phân giải 1ms, 6 timer

có độ phân giải 10ms, 54 timer có độ phân giải 100ms

- 64 bộ đếm được chia làm 2 loại, một loại chỉ đếm lên (CTU), một loại vừa đếm lên vừa đếm xuống (CTUD)

- 386 bit nhớ đặc biệt dùng làm các bit trạng thái hoặc các bit đặc chế độ làm việc

- Có các chế độ ngắt: ngắt truyền thông, ngắt theo sườn xung, ngắt theo thời gian và ngắt báo hiệu của bộ đếm tốc độ cao (2kHz)

Dữ liệu không bị mất trong khoảng thời gian 50 giờ kể từ khi PLC bị mất điện

1.2.2 Cấu trúc của CPU214 bao gồm:

- 2018 từ đơn (word) để lưu chương trình thuộc miền bộ nhớ đọc/ghi được và không bị mất dữ liệu nhờ có giao diện với EEPROM Vùng nhớ này gọi

- Tổng số cổng vào ra cực đại là 64 cổng vào và 64 cổng ra

- 128 bộ tạo thời gian trễ, trong đó có 4 Timer có độ phân giải 1 ms,16 Timer có độ phân giải 10 ms và 108 Timer có độ phân giải là 100 ms

- 128 bộ đếm (Counter) chia làm 2 loại, một loại chỉ đếm tiến (CTU) và một loại vừa đếm tiến vừa đếm lùi (CTUD)

- 688 bit nhớ đặc biệt dùng làm các bit trạng thái hoặc các bit đặt chế độ làm việc

- Có các chế độ ngắt: ngắt truyền thông, ngắt theo sườn xung, ngắt theo thời gian và ngắt báo hiệu của bộ đếm tốc độ cao (2kHz) và (7kHz)

- 2 bộ phát xung cho dãy xung kiểu PTO hoặc kiểu PWM

- 2 bộ điều chỉnh tương tự Dữ liệu không bị mất trong khoảng thời gian

190 giờ kể từ khi PLC bị mất điện

1.2.3 Mô tả các đèn báo trên PLC S7-200:

- Đèn đỏ SF: đèn sáng khi PLC đang làm việc báo hiệu hệ thống bị hỏng hóc

- Đèn xanh RUN: đèn xanh sáng chỉ định PLC đang ở chế độ làm việc

- Đèn vàng STOP: đèn sáng thông báo PLC đang ở trạng thái dừng Dừng tất cả chương trình đang thực hiện

- Đèn xanh Ix.x : đèn sáng báo hiệu trạng thái của tín hiệu của cổng vào đang ở mức logic 1 ngược lại là mức logic 0

- Đèn xanh Qx.x : đèn sáng báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng ra đang ở mức logic 1, ngược lại là mức logic 0

1.2.4 Cổng truyền thông:

1 2 3 4 5

6 7 8 9

- Chân 1: nối đất

- Chân 2: nối nguồn 24VDC

- Chân 3: truyền và nhận dữ liệu

- Chân 4: không sử dụng

- Chân 5: đất

- Chân 6: nối nguồn 5VDC

- Chân 7: nối nguồn 24VDC

- Chân 8: Truyền và nhận dữ liệu

- Có chức năng chẩn đoán lỗi và ghi đè

- Các ứng dụng của S7-200 có thể dẫn chứng bằng tài liệu

- Các ứng dụng được phân bố nhân bản nhanh chóng và thuận tiện

S7-200 có thể điều khiển hoàng loạt các ứng dụng khác nhau trong tự động hoá.Với cấu trúc nhỏ gọn,có khả năng mở rộng, giá rẻ và một tập lệnh Simatic mạnh của S7-200 là một lời giải hoàn hảo cho các bài toán tự động hoá vừa và nhỏ Ngoài

ra S7-200 còn có các ưu điểm sau đây :

- Cài đặt, vận hành đơn giản

- Các CPU có thể sử dụng trong mạng,trong hệ thống phân tán hoặc sử dụng đơn lẻ

- Có khả năng tích hợp trên qui mô lớn

- Ứng dụng cho các điều khiển đơn giản và phức tạp

- Truyền thông mạnh

Hình 1.6 Cấu tạo của PLC

1.2.6 Cấu trúc bộ nhớ

Phân chia bộ nhớ

Bộ nhớ của S7- 200 được chia thành 4 vùng với 1 tụ có nhiệm vụ duy trì

dữ liệu trong khoảng thời gian nhất định khi mất nguồn cung cấp Bộ nhớ có tính năng động cao, đọc và ghi được trong toàn vùng, loại trừ phần các bit nhớ đặc biệt O 4 vùng nhớ gồm:

- Vùng chương trình: là miền bộ nhớ được sử dụng để lưu giữ các lệnh

chương trình Vùng này thuộc kiểu non-volatile

- Vùng tham số: là miền lưu giữ các tham số như: từ khoá, địa chỉ

trạm…Nó thuộc kiểu non-volatile

- Vùng dữ liệu: là miền nhớ động, có thể truy cập theo từng bit, từng

byte, từng từ đơn và từ kép Được dùng để lưu trữ các thuật toán, các hàm truyền thông, lập bảng , các hàm dịch chuyển, xoay vòng thanh ghi, con trỏ địa chỉ

Vùng dữ liệu được chia thành nhiều miền nhớ nhỏ với các chức năng khác nhau

- Vùng đối tƣợng: được sử dụng để lưu trữ cho các đối tượng lập trình

như các giá trị tức thời, giá trị đặt trước của bộ đếm, hay Timer Dữ liệu kiểu đối tượng bao gồm các thanh ghi của Timer, bộ đếm, các bộ đếm tốc độ cao, bộ đệm vào/ra tương tự và các thanh ghi Accumulator(AC)

- Vùng đối tượng cũng được phân ra thành nhiều vùng nhỏ

1.2.7 Thực hiện chương trình trong PLC S7-200

PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp Mỗi chu trình được gọi là một vòng quét (scan) Mỗi vòng quét bắt đầu từ giai đoạn đọc dữ liệu

từ các cổng vào vùng đệm ảo, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình

Trong vòng quét chương trình được thực hiện bằng lệnh đầu tiên

và kết thúc bằng lệnh kết thúc (MEND) Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm lỗi Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn chuyển các nội dung từ bộ đệm ảo tới các cổng ra

- Trong quá trình thực hiện chương trình nếu gặp lệnh vào ra ngay lập tức thì hệ thống sẽ dừng tất cả mọi công việc đang thực hiện, ngay cả chương trình xử lý ngắt để thực hiện lệnh này một cách trực tiếp với cổng vào ra

- Các chương trình xử lý ngắt chỉ được thực hiện trong vòng quét khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt và có thể xảy ra ở bất cứ điểm nào trong vòng quét

1.2.8 Cấu trúc chương trình trong PLC S7-200

Các chương trình trong PLC S7-200 có cấu trúc bao gồm chương trình chính (main program) và sau đó đến các chương trình con và các chương trình

1.2.9 Ngôn ngữ lập trình của S7-200

Các lập trình cho S7-200 nói riêng và cho các PLC của Simens nói chung dựa trên hai phương pháp cơ bản:

- Phương pháp hình thang (Lader Logic viết tắt LAD)

- Phương pháp liệt kê (Statement List viết tắt STL)

1.3 Giới thiệu về phần mềm WIN CC (Windows Control Center)

1.3.1 Các đặc điểm chính của phần mềm Win CC

Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học và kỹ thuật, nước ta đã và đang xây dựng càng ngày càng nhiều nhà máy, xí nghiệp đa dạng về công nghệ.Ngành

tự động hóa cũng không ngừng phát triển để đáp ứng nhu cầu phát triển của sản xuất Và WINCC là một trong các chương trình ứng dụng Scada (HMI) trong lĩnh vực dân dụng cũng như trong công nghiệp WINCC được dùng để điều hành các màn hình hiển thị và hệ thống điều khiển trong tự động hóa sản xuất và quá trình

WINCC cung cấp các module chức năng thường dùng trong công nghiệp như: Hiển thị ảnh, tạo thông điệp, lưu trữ và báo cáo Giao diện điều khiển mạnh, việc truy nhập ảnh nhanh chóng và chức năng lưu trữ an toàn (bảo mật), tính hữu dụng cao

WINCC cho phép người sử dụng có khả năng truy cập vào các hàm giao diện chương trình ứng dụng API (Application Program Interface) của hệ điều hành Ngoài ra sự kết hợp giữa chương trình WinCC và các công cụ phát triển riêng như: Visual C++

hoặc Visual Basic sẽ tạo ra hệ thống có tính đặc thù cao, tinh vi, gắn kết với một cấu hình cụ thể nào đó

WINCC có thể tạo một giao diện Người - Máy(HMI) dựa trên cơ sở giao tiếp giữa con người với các hệ thống máy, thiết bị điều khiển (PLC, CNC ) thông qua các hình ảnh, sơ đồ, hình vẽ hoặc câu chữ có tính trực quan hơn Nó giúp người vận hành theo dõi được quá trình sản xuất, thay đổi dữ liệu tham số, đồng thời hiển thị trực tiếp các tham số đó cũng như giao tiếp với quá trình công nghệ thông qua các hệ thống tự động

1.3.2 Các chức năng chính của phần mềm Win CC

- Graphics Designer (Bộ thiết kế đồ họa): Thực hiện dễ dàng các chức

năng mô phỏng và hoạt động qua các đối tượng đồ họa của chương trình

WinCC với nhiều thuộc tính động

- Alarm Logging (Cảnh báo): thực hiện việc hiển thị các thông báo hay các báo cáo trong khi hệ thống vận hành Đảm trách các thông báo nhận được và lưu trữ Nó chứa các chức năng để nhận các thông báo từ các quá trình, để chuẩn

bị, hiển thị, hỏi đáp và lưu trữ chúng Ngoài ra chức năng Alarm Logging còn giúp chúng ta tìm ra nguyên nhân của lỗi

- Tag Logging (Đồ thị): Thu thập, lưu trữ và nén các giá trị đo dưới dạng khác nhau Tag Logging cho phép lấy dữ liệu từ các quá trình thực thi, chuẩn bị để hiển thị và lưu trữ các dữ liệu đó Dữ liệu có thể cung cấp các tiêu chuẩn về công nghệ và kỹ thuật quan trọng liên quan đến trạng thái hoạt động của toàn hệ thống

- Report Designer (Báo cáo): Có nhiệm vụ tạo các thông báo, báo cáo

và các kết quả này được lưu dưới dạng các trang nhật ký sự kiện

- User Achivers (Lưu trữ dữ liệu): Cho phép người sử dụng lưu trữ dữ liệu từ chương trình ứng dụng và có khả năng trao đổi với các thiết bị tự động khác Điều này có nghĩa các công thức, thông số trong chương trình WinCC có thể được soạn thảo, lưu giữ và sử dụng trong hệ thống

- Web Navigator: Hệ thống quản lý, điều khiển và giám sát thông qua Internet giúp người dùng có thể truy cập vào mạng hệ thống, có thể điều khiển

hệ thông ở bất cứ nơi đâu

- WinCC sử dụng bộ công cụ thiết kế giao diện đồ họa mạnh như: Toolbox, các control, được đặt dễ dàng trên giao diện thiết kế Ngoài ra, để phục vụ cho công việc giám sát điều khiển tự động WinCC còn trang bị thêm nhiều tính năng mới mà các công cụ khác không có như:

- Các control thông qua hệ thống quản trị dữ liệu có thể gắn với một biến theo dõi trạng thái của hệ thống điều khiển Thông qua đó, tác động đến việc giám sát các trạng thái

- Thông qua hệ thống, thông điệp có thể thực hiện được những hành động tương ứng khi trạng thái thay đổi

- Trong WinCC, ngôn ngữ C-Sript được dùng để thao tác giúp cho việc

xử lý các sự kiện phát triển một cách mềm dẻo và linh hoạt

- WinCC tạo ra một giao diện Người-Máy (HMI) dựa trên cơ sở giao tiếp giữa con người với các hệ thống máy tính, thiết bị điều khiển (PLC) thông qua các hình ảnh, sơ đồ, hình vẽ hoặc câu chữ có tính trực quan hơn Có thể giúp người vận hành theo dõi được quá trình làm việc, thay đổi các tham số, công thức, quá trình hoạt động, thể hiện các giá trị hiện thời cũng như giao tiếp với quá trình công nghệ thông qua các hệ thống tự động

- Giao diện HMI cho phép người vận hành giám sát các qui trình sản xuất và cảnh báo, báo động hệ thống khi có sự cố Do đó WinCC là chương trình thiết kế giao diện Người - Máy thật sự cần thiết, không thể thiếu trong các hệ thống có quá trình tự động hóa phức tạp và hiện đại

1.4 Giới thiệu nguyên lý hoạt động của trạm trộn bê tông tự động

Mỗi trạm trộn đều có hai Xilo đã được bơm sẵn xi măng, cát + đá 1 + đá 2

đã được vận chuyển tới 3 phễu cốt liệu, Nước và chất lỏng phụ gia đã được bơm vào bình chứa để tiến hành quá trình trộn tự động dưới sự điều khiển của người vận hành

- Theo yêu cầu mác, khối lượng và số mẻ bê tông, đưa các dữ liệu đó nhập vào chương trình máy tính và khởi động cho trạm hoạt động Đầu tiên hệ thống định lượng sẽ hoạt động, thực hiện đồng thời ba cân: cân cốt liệu, cân xi, cân nước và phụ gia:

- Cân cốt liệu được thực hiện theo nguyên tắc cộng dồn: Đầu tiên mở cửa xả boongke chứa đá1, khi đã cân đủ thì đóng cửa xả boongke đá 1 đồng thời mở cửa boongke cát, khi đã cân đủ thì đóng cửa xả boongke cát đồng thời mở cửa boongke

đá Quá trình này được tiếp tục cho tới khi cân xong các thành phần cốt liệu

- Cân xi măng: Mở cửa xả đáy Xilo chứa xi măng, xi măng theo vít tải vận chuyển đổ vào thùng cân Khi cân đủ xi măng thì vít tải dừng lại

- Cân nước và phụ gia: Nước được bơm vào thùng cân nước sau đó cân đến phụ gia

- Sau khi đã định lượng xong, cối trộn quay Skíp trở liệu lên cối trộn, (trong trường hợp cối trộn còn bê tông hoặc cửa xả cối trộn chưa đóng thì hệ thống điều khiển sẽ không cho skíp làm việc) Khi skip lên tới vị trí xả cốt liệu thì cốt liệu được xả vào thùng trộn, đồng thời xả xi măng Khi xả xong cốt liệu skíp sẽ về vị trí khung cân để thực hiện mẻ tiếp theo, đồng thời xả nước, phụ gia Thời gian trộn cưỡng bức khoảng 30- 45 s Sau thời gian trộn hỗn hợp bê tông được xả vào xe chuyên chở Khi xả hết cối trộn đóng lại và hệ thống điều khiển tiếp tục thực hiện mẻ trộn tiếp theo Quá trình kết thúc

Bảng 1.1 :Thành phần định mức cấp khối

1.5 Ý nghĩa của việc kết hợp trạm trộn bê tông với PLC

Việc ứng dụng PLC vào trạm trộn bê tông có những công dụng sau :

- Giảm thời gian đong trộn bê tông

- Tăng lượng sản phẩm lên trong cùng thời gian

- Giảm nhân công, sức nhân công, giảm chi phí, giá thành

- Tự động hóa giúp bê tông được trộn đều, chuẩn nguyên liệu, chất lượng

 Vì vậy việc ứng dụng PLC vào trạm trộn bê tông là việc rất cần thiết đối với tự động hóa của nước ta hiện nay

- Thiết kế, điều khiển giám sát hệ thống trộn bê tông tự động sử dụng PLC

- Thiết kế, mô phỏng ,điều khiển giám sát, nhập số liệu chính xác từ hệ thống trộn bê tông tự động

- Toàn bộ trạng thái hoạt động được điều khiển giám sát qua máy tính thông qua phần mềm WIN CC

- Lắp đặt dễ dàng, gọn nhẹ, đạt được yêu cầu sử dụng của nhà máy

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MÔ HÌNH TRẠM TRỘN BÊ TÔNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG

/h

Vít tải (h1.3) gồm vỏ thép 4, trục dẫn động cơ gắn vít vận chuyển 3m, các

ổ đỡ 5, phễu nạp 6 và cửa đỡ liệu 7 Trục vít quay nhờ động cơ diện 1 qua hộp giảm tốc 2 Khi quay vít vật liệu không quay theo chiều ngang của vít mà bị cuốn theo do đó có sự chuyển động tương đối giữa vật liệu và vít tải

Vít tải có ưu điểm là kết cấu đơn giản, kích thước nhỏ gọn, vật liệu được che kín nên không thất thoát và gây ô nhiễm môi trường

Hình 2.1 Vít tải xiên

2.1.2 Cối trộn chính

Trạm trộn bê tông được lắp đặt loại cối trộn cưỡng bức làm thêm việc theo chu

kỳ Dung tích bê tông đã trộn xong của cối trộn cưỡng bức làm việc theo chu kỳ của máy, với 120m3/h

7

Hình 2.2 Sơ đồ động học của Cối trộn chính

Hệ dẫn động của cối trộn gồm động cơ điện và hộp giảm tốc 1, qua khớp nối 2 làm quay roto 7 Trên roto có lắp các tay và cách trộn, vật liệu được nạp qua ống nạp ở nắp thùng trộn, xả bê tông qua cửa đáy của thùng trộn Để đóng

mở cửa cửa đáy, dùng khí ép dẫn qua khóa 5 và van phân phối 4 tới xi lanh khí khí ép 6, để giảm ồn có lắp bộ tiêu âm 3

Việc chất tải vào thùng trộn chỉ thực hiện khi roto quay.Cốt liệu và xi măng được vào thùng trộn cùng với nước có thành thần và liều lượng xác định

Hỗn hợp được nhào trộn đồng nhất và hiệu quả rồi xả ra ngoài khi cửa đáy

2.2.3 Cảm biến định lƣợng( Loadcell)

Hình 2.3 Một số loadcell trong thực tế

Cảm biến lực dùng trong việc đo khối lượng được sử dụng phổ biến là loadcell Đây là một kiểu cảm biến lực biến dạng.Lực chưa biết tác động vào một bộ phận đàn hồi, lượng di động của bộ phần đàn hồi biến đổi thành tín hiệu điện tỷ lệ với lực chưa biết.Mạch thông dụng nhất sử dụng trong loadcell là cầu wheatstone

Những load cell này dựa trên nguyên lý cầu điện trở cân bằng Wheatstone Giá trị lực tác dụng tỉ lệ với sự thay đổi điện trở cảm ứng trong cầu điện trở, và

do đó trả về tín hiệu điện áp tỉ lệ Ưu điểm chính của công nghệ này là xuất phát

từ yêu cầu thực tế, với những tham số xác định trước, sẽ có các sản phẩm thiết kế phù hợp cho từng ứng dụng của người dùng Ở đó các phần tử cảm ứng có kích thước và hình dạng khác nhau phù hợp với yêu cầu của ứng dụng Các dạng phổ biến: dạng kéo (shear), dạng uốn(bending), dạng nén (compression)…

Một hệ thống số điển hình bao gồm một số các load cell số nối với máy tính, PLC hoặc thiết bị đo như bộ hiển thị Bên trong hệ thống, mỗi load cell độc

lập có thể được nhận dạng bằng địa chỉ làm việc của nó Địa chỉ làm việc đó có thể được cài đặt do người lập trình thông qua một hoặc nhiều địa chỉ cung cấp bởi nhà máy Thông thường địa chỉ “0” được sử dụng như là một địa chỉ làm cho 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 khiển kiểu Master/Slave, ở đó định nghĩa một thiết bị (thường là PC hoặc indicator) là master trên mạng Có hai chế độ hoạt động chính: Master giám sát tất cả các quá trình truyền phát bằng cách giao tiếp với từng slave một cách tuần tự, hoặc master gửi dữ liệu yêu cầu các slave trả lời theo địa chỉ tuần tự Chế độ thứ nhất

có ưu điểm trong sự mềm dẻo và nắm bắt lỗi, trong khi chế độ hai hướng đến tốc

độ giao tiếp Hầu hết các load cell số kết nối theo chuẩn RS485 hoặc RS422 Cả hai kiểu giao thức đều có các đặc tính tương tự nhau và cung cấp một môi trường multi-drop Việc giao tiếp giữa các thiết bị nối trên mạng dựa trên giao thức quy định bởi nhà sản xuất

Có lẽ điểm khác biệt quan trọng nhất giữa hệ thống load cell tương tự và

số là mặc dù nối với nhau nhưng mỗi load cell số hoạt động như là một thiết bị độc lập

Load cell số cho phép với trong nhiều ứng dụng khác nhau

Khái quát lại, hệ thống cân dùng load cell số có một số ưu điểm nổi bật sau:

Với đầu ra số, hệ thống có được:

Tín hiệu ra số “khỏe”, rất ít bị ảnh hưởng của nhiễu điện từ hoặc thay đổi nhiệt 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 thị khi

Mỗi load cell là một thiết bị hoạt động độc lập trong hệ thống, do đó:

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 giản là

mở rộng đường dây cable Tiết kiệm phần cứng.Phần mềm dễ dàng phát triển

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

Em R1

R3 R2

R4

+ V

-Hình 2.4 Mạch cầu Wheatstone

Cho một mạch gồm 4 điện trở giống nhau R1, R2, R3, R4 tạp thành cầu wheatstone như hình trên Đối với cầu wheatstsone này, bỏ qua những số hạng bậc cao hiệu thế đầu ra Em thông qua thiết bị đo với trở kháng Zm sẽ là:

Em =

[

Với :

-là biến đổi đơn vị của mỗi điện trở Ri

R- là điện trở danh nghĩa ban đầu của các điện trở R1, R2, R3, R4 ( thường là 120 ohms nhưng có thể là 30 ohms dành cho các bộ cảm biến)

V- là hiệu thế nguồn

Điện thế nguồn có thể thuộc loại liên tục với điều kiện là dùng một nguồn năng lượng cung câp thật ổn định.Các thiết bị trên thị trường đôi khi lại dùng nguồn cung cấp xoay chiều.Trong trường hợp đó phải tính đến việc sửa đổi mạch điện cơ bản để có thể giải điều chế thành phần xoay chiều của tín hiệu

Trong phần lớn các trường hợp, Zm rất lớn so với R ( ví dụ như Volt kế số,

bộ khuếch đại với phần nối trực tiếp) nên biểu thức trên có thể viết lại là:

Em = [

Phương trình trên cho thấy là sự biến đổi đơn vị điện trở của 2 điện trở đối mặt nhau, ví dụ như R1 và R3 sẽ là cộng với nhau trong khi tác động của 2 điện trở kề bên nhau, ví dụ là R1 và R2 lại là trừ khử nhau Đặc tính này của cầu wheatstone thường được dùng để đảm bảo tính ổn định nhiệt của các mạch miếng đo và cũng để dùng cho các thiết kế đặc biệt

2.1.4 Ứng dụng Loadcell dùng trong trạm trộn bê tông

Có nhiều loại loadcell do các hãng sản xuất khác nhau như KUBOTA (của Nhật), Global Weighing (Hàn Quốc), Transducer Techniques Inc, Tedea - Huntleigh Mỗi loại loadcell được chế tạo cho một yêu 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 màu sắc khác nhau

Trong thực tế còn có loại loadcell sử dụng kỹ thuật 6 dây cho ra 6 đầu

22

a Dạng nối dây 1 b.Dạng nối dây 2

Hình 2.5 Các dạng nối dây của loadcell

Như vậy, thực chất loadcell cho ra 6 dây nhưng bản chất vẫn là 4 dây vì ở

cả hai cách nối ta tìm hiểu ở trên thì các dây +veInput (Exc+) và +veSense (Sense+) là nối tắt, các dây -veInput (Exc-) và -veSense (Sense-) là nối tắt

Có nhiều kiểu 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

Giới thiệu load cell sử dụng trong đồ án này là VLC-100:

Loadcell VLC-100 do công ty Virtual Measurements & Control LLC (CA,USA) sản xuất

Sau đây là bảng các đặc tính kỹ thuật của loadcell VLC-100 (Tham khảo trong tài liệu)

Input resistance 385 ± 15ohms

Output resistance 350 ± 3ohms

Safe overload 150%

Ultimate overload 300%

Excitation voltage 10VDC Max excitation voltage 15VDC Insulation resistance >2000Mohms Environmental Protection IP67

Tank weighing Hopper weighing