Chương 2: TÌM HIỂU VỀ PLC – SEMENS. 12
III: Giới thiệu về Modul tương tự 235. 41
X(t) T-Bit
Giá trị đặt trước T-word Giá trị đếm tức thời
Đặc tính chung:
- Kích thước: 90x80x62 mm - Khối lượng: 0.2 kg.
- Công suất tiêu thụ: 2 W.
Đặc điểm ngõ ra:
- Tầm điện áp ngõ ra: ± 10V, dòng 0 – 20 mA.
- Độ phân giải (toàn tầm): áp: 12bit, dòng: 11bit.
- Dạng dữ liệu: 0 – 32000, lưỡng tầm: -32000 - 32000.
- Độ chính xác: trong trường hợp lý tưởng: 0.5% giá trị toàn tầm (ở 250C). Trường hợp xấu nhất sai số 2% giá trị toàn tầm.
0 Giá trị dữ liệu 11 bit 0 0 0 0 Dữ liệu đơn tầm
12 bit dữ liệu 0 0 0 0
Dữ liệu lưỡng tầm Đặc điểm ngõ vào:
- Trở kháng vào: >10MΩ.
- Lọc ngõ vào: -3dB/3.1KHz.
- Ngõ vào tối đa: áp: 30V, dòng: 32mA.
- Độ phân giải: ADC 12bit.
- Thời gian chuyển đổi: < 250à.
Chương 3: HỆ THỐNG CÂN
I. TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG CÂN:
PHA TU CHAP HANH BAN CAN BO DIEU KHIEN
DAU CAN
KL DAT KL THUC
LOADCELL
Hệ thống cho phép cài đặt thông số khối lượng cần cân cho bộ điều khiển.
Phần tử chấp hành thông thường là các van xả (cân định lượng).
Cảm biến loadcell là lọai cảm biến ứng lực có ngõ ra điện áp tuyến tính với khối lượng của vật tác động lên.
Tùy từng ứng dụng cụ thể mà chọn loại Loadcell có thông số và hình dạng khác nhau. Hình dạng Loadcell có thể đặt cho nhà sản xuất theo yêu cầu ứng dụng riêng.
Đối với, hệ thống cân với khối lượng lớn, cần độ chính xác cao lên người ta cần phải sử dụng nhiều loadcell lại với nhau. Tuỳ thuộc vào yêu cầu sử dụng mà có thể dùng 2, 4, 6… loadcell.
Trước đây, hầu hết các thiết bị cân trong công nghiệp sử dụng loadcell cảm biến sức căng, biến đổi thành tín hiệu điện (gọi là loadcell tương tự). Tín hiệu này được chuyển thành thông tin hữu ích nhờ các thiết bị đo lường như bộ chỉ thị.
II. GIỚI THIỆU VỀ LOADCELL PT2000 – 20KG:
Có nhiều loại loadcell do các hãng sản xuất khác nhau như KUBOTA (Nhật), Global Weighing (Hàn Quốc), Transducer Techniques.In….Mỗi loại Loadcell được chế tạo cho một yêu cầu riêng biệt theo tải trọng chịu đựng,chị lực kéo hay nén.Tùy hãng sản xuất mà các đầu dây ra của Loadcell có màu sắc khác nhau.
Đối với Loadcell PT2000 – 20kg có các đầu ra như sau:
Có nhiều loại Loadcell khác nhau nên cách kết nối vào hệ thống cũng khác nhau.
Loại đầu ra Màu
Exc + Đỏ
Exc - Đen
Sig + Xanh lá
Sig - Trắng
Thông số kỹ thuật của từng loại Loadcell được cho trong catalogue của mỗi loại Loadcell và thường có các thông số như: tải trọng danh định, điện áp danh định (giá trị này có thể là từ 2mV/V đến 3mV/V hoặc hơn tùy loại Loadcell), tầm nhiệt độ hoạt động, điện áp cung cấp, điện trở ngõ ra, mức độ chịu được nhiệt độ quá tải….
Với giá trị điện áp danh định là 2mV/V và với nguồn cung cấp là 10V thì điện áp ngõ ra là 20mV ứng với tải trọng tối đa.
Kích thước và cấu tạo của loadcell
Cách bố trí và nối dây nhiều loadcell lại cho hệ thống nhiều loadcell lại với nhau:
Do sử dụng nhiều loadcell trong hệ thống cân nên cần phải cộng các tín hiệu ra trước khi đưa về đầu cân để xử lý. Vì mỗi loadcell có một độ nhạy khác nhau cho dù dùng cùng loại, nên có hai biến trở điều chỉnh để các loadcell cùng ra một sai lệch điện áp đối với một tải trọng. Các biến trở này được mắc vào nguồn cung cấp cho loadcell vì thay đổi áp nguồn cung cấp sẽ làm thay đổi tín hiệu ra.
Những loadcell 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 số hình dạng Loadcell phổ biến khác:
Một hệ thống cân dùng loadcell tương tự điển hình thông thường bao gồm một hoặc một vài loadcell nối song song với nhau qua một hộp nối (Junction Box) như hình vẽ.
Hộp nối nhiều loadcell (Junciton Box).
Tuy nhiên, khó khăn gặp phải ngay từ buổi đầu của các hệ thống này là tín hiệu điện áp đầu ra của loadcell rất nhỏ (thường không quá 30mV). Những tín hiệu nhỏ như vậy dễ dàng bị ảnh hưởng của nhiều loại nhiễu trong công nghiệp như:
Nhiễu điện từ: sinh ra bởi quá trình truyền phát các tín hiệu điện trong môi trường 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 loadcell với thiết bị đo lường càng tốt. Cách giải quyết thông thường vẫn dùng là giảm
thiểu dung sai đầu ra của loadcell. Tuy nhiên, giới hạn của công nghệ không cho phép vượt quá con số mong muốn quá nhỏ. Trong khi nối song song nhiều loadcell với nhau, mỗi loadcell 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 và không 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 kiểm tra như: cân tank, cân xilô….
Tín hiệu ra chung của một hệ nhiều loadcell dựa trên cơ sở đầu các tín hiệu ra trung bình của từng loadcell. Điều đó gây nên dễ xảy ra hiện tượng có loadcell bị lỗi mà không được nhận biết. Một khi đã nhận ra thì cũng khó khăn trong việc xác định loadcell nào lỗi, hoặc khó khăn trong yêu cầu sử dụng 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 động liên tục.
Thực tế còn rất nhiều yếu tố khác liên quan đến độ chính xác của hệ thống cân 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 liên quan.
- 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 mô hình hóa trong quá trình phân tích và thiết kế. Trong khi đó điều kiện làm việc ở mỗi nơi rất khác nhau, thiết bị đo ở các xa cảm biến, tín hiệu truyền dẫn yếu dễ bị tiêu hao và nhiều loại nhiễu tác động, đặc biệt với môi trường làm việc khắc
nghiệt trong nhà máy và xí nghiệp. Tín hiệu đưa về đến thiết bị đo lường 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 độ thấp, năng lực tính toán không cao, ít thiết bị tích hợp các thuật toán xử lý chỉnh định các số liệu thu thập về, hoặc nếu có còn ở mức độ đơn giản. Do các bộ hiển thị sử dụng với nhiều loại loadcell khác nhau nên các thuật toán chỉnh định chỉ mang tính tương đối, không triệt để, đặc biệt là chưa có thiết bị nào tích hợp tính năng bù sai lệch do nhiệt độ. Chức năng lọc nhiễu điện từ trường cho tín hiệu đo của các thiết bị này còn rất kém. Một yếu điểm nữa là tần số lấy mẫu thấp, do đó không thể áp dụng trong các ứng dụng mà lực tác dụng biến đổi nhanh (cân động) như các hệ thống cân bằng liên tục,….
Tuy nhiên, từ cuối những năm 1970, các nhà chế tạo loadcell đã khám phá khả năng có thể kết hợp giữa công nghệ điện tử hiện đại với các thành phần đo cơ bản, và khái niệm loadcell số ra đời. Ban đầu, khi khái niệm loadcell số mới ra đời, nhiều người hiểu lầm là các loadcell số có các phần tử điện tiêu hao thấp có thể được sử dụng để chuyển đổi một loadcell chất lượng thấp lên một loadcell chất lượng cao. Thực tế thì ngược lại, mỗi loadcell số đơn giản cũng mang trong nó một cấu trúc 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 thực nhất và giao tiếp với các thiết bị khác để trao đổi thông tin.
Trong mô hình này, bộ hiển thị đóng vai trò là trạm chủ giao tiếp trực tiếp với các loadcell 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 vào ra.
Khái quát lại, hệ thống cân dùng loadcell có một số ưu điểm nổi bật sau:
- Tín hiệu ra 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 loadcell.
- Dữ liệu số có thể xử lý trực tiếp bằng máy tính, PLC hoặc trên bộ hiển thị khi cần.
Mỗi load cell là một thiết bị hoạt động độc lập trong hệ thống, do đó:
- Có thể mở rộng cấu trúc dễ dàng.
- Có thể thực hiện tối ưu hóa hệ thống dễ dàng qua phân tích từng thành phần tích hợp.
- Cân bằng các góc cân có thể thực hiện bằng thiết bị. Thay đổi, sửa lỗi một load cell không ảnh hưởng đến các load cell khác. Công việc thực hiện dễ dàng và đơn giản, tiết kiệm thời gian.
Một số ưu điểm khác :
- 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 giản là mở rộng đường dây cable. Tiết kiệm phần cứng.
- Phần mềm dễ dàng phát triển….
Những ưu điểm của hệ loadcell 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.
III. GIỚI THIỆU ĐẦU CÂN K3HB – VLC:
1. Cấu tạo:
Có chỉ thị dạng thanh, hiển thị 5 số.
Chức năng đặt thang đo, biến đổi tín hiệu vào thành giá trị hiển thị thích hợp.
K3HB có các chức năng sau đây: scaling, chon đầu ra so sánh, đầu ra tuyến tính, đầu ra BCD, đầu ra truyền thông (RS232, RS485, ModBus).
Ngoài ra, bộ K3HB có chức năng về Zero. Nghiã là bằng cách bật Zero lên ON, giá trị hiện tại được chỉnh về không mà các thông số cài đặt khác không đổi.
2. Nguyên tắc đấu nối:
Hình dáng mặt sau của đầu cân:
Cổng A1 và A2 được nối tới nguồn 220Vac nhằm cung cấp nguồn hoạt động cho đầu cân.
Cổng B5 có điện áp +10Vdc, cổng B6 có điện áp 0Vdc. Cả hai cổng này được nối tới 2 ngõ vào EXC + và EXC – của Loadcell nhằm cung cấp nguồn chuẩn cho Loadcell.
Cổng E6 đóng vai trò là COM, được nối tới ngõ ra SIG – của Loadcell.
K3HB - V
0V
1
0-20mA
C B
6
D E
+10V D 4
A A
B
COM 3
2
NC
5
C
Cổng E2 (A), E3(B), E4 (C), E5 (D) đóng vai trò ngõ tín hiệu vào từ, chúng được kết nối tới ngõ ra SIG + của Loadcell. Tầm điện áp được cho trong bảng sau:
3. Các nguyên tắc cân chỉnh thông số:
a. Trong mục Initial setting level L0 : sử dụng để chọn loại đầu vào và cân chỉnh đầu cân.
: Chọn loại đầu vào.
Loại đầu vào được cho phép như bảng trên.
: Chọn tần số 50Hz hoặc 60Hz.
: Giá trị đầu vào 1.
: Giá trị hiển thị 1.
: Giá trị đầu vào 2.
Input type Range Set value
Measurement range
Input
impedance accuracy
Allowable instaneous overload(30)
K3HB_VLC Load Cell mV
A A cd 0.00 to 199.99mV
1 MΩ min
±0.1%rdg±1 digit max
±200V
B B cd 0.000 to 19.999mV ±0.1%rdg±
5 digit max
C C cd -
100.00to100.00mV
±0.1%rdg±
3 digit max
D D cd -
199.99to199.99mV
±0.1%rdg±
1 digit max
: Giá trị hiển thị 2.
: Vị trí dấu chấm thập phân.
Tiến hành cân chỉnh:
Đặt lại hay kiểm tra lại thông số . Trong TN này chọn ngõ vào B tức tầm điện áp 0.000 – 19.999mV.
Xem lại màn hình cân hiển thị giá trị bao nhiêu (ta không quan tâm
dấu chấm thập phân) thì cài đặt giá trị này vào ( cũng không quan tâm
đến dấu chấm thập phân) . Sau khi cài đặt xong ta thoát ra màn hình cân . Màn hình sẽ hiển thị giá trị 0.
Cài đặt bằng 000.00 ( nghĩa là hiển thị có 2 dấu chấm thập phân ). Hoặc chọn số dấu chấm thập phân theo yêu cầu .
Đặt khối lượng chuẩn M kg lên cân ( M: thường chọn là khối lượng Max của hệ thống).Nếu khối lượng hiển thị nhỏ hơn M kg thì ta giảm thông số , còn nếu khối lượng hiển thị lớn hơn M kg thì ta tăng . Việc thay đổi chỉ dừng khi màn hình hiển thị đúng M kg.
Sau khi cân chỉnh xong , bỏ khối lượng chuẩn M kg xuống và cho kiểm tra lại với các khối lượng trong dải từ 0 tới M kg để kiểm tra tính tuyến tính của giá trị ngõ ra ứng với ngõ vào.
Trong trường hợp thông số bị thay đổi thì ta phải cân chỉnh lại cân .
b. Trong mục Linear output level L5 : cài đặt các thông số cho đầu ra tuyến tính
: chọn đầu ra dòng ( 0 - 20mA hay 4 - 20mA ). Trong TN chọn 4 -20 mA
: chọn đầu ra áp ( 0 - 5V , 1 - 5V hay 0 - 10V).
: mức cao đầu ra tuyến tính. Trong TN chọn 5.00 (5Kg).
: mức thấp đầu ra tuyến tính. Trong TN chọn 0.00 (0Kg).
Điều này có nghĩa là ứng với khối lượng đặt trên bàn cân 5 Kg thì tín hiệu ngõ ra của đầu cân là 20mA
c. Trong mục Display adjustment level L2: cài đặt hiển thị trên đầu cân .
:bật hay tắt hiển thị giá trị so sánh đầu ra số ( ON- OFF).
:chọn thời gian refresh màn hình ( OFF , 0.5s , 1s , 2s , 4s ).
:chọn màu hiển thị (xanh- đỏ).
:chọn giá trị hiển thị (PV , Max , Min).
:chọn thời gian tự động trở về màn hình hiển thị ( 0 - 99s).
:chọn kiểu hiển thị cho thanh Bar meter.
:giá trị Max của thanh Bar Meter.
:giá trị Min của thanh Bar Meter.
d. Trong mục Protect Level LP : cài đặt bảo vệ.
: bảo vệ khi hoạt động.
: bảo vệ mức cài đặt.
: bảo vệ không thay đổi cài đặt( có 2 mức ON or OFF).
: bảo vệ không chỉnh Zero ( có 2 mức ON or OFF) .
: bảo vệ Max/Min.