Luận văn thạc sĩ mô hình điều khiển và giám sát trạm trộn bê tông

Luận văn thạc sĩ về mô hình điều khiển và giám sát trạm trộn bê tông. Nghiên cứu chuyên sâu, phân tích kỹ thuật và ứng dụng thực tế trong ngành xây dựng.

• Tác giả: Huỳnh Tấn Sang
• Người hướng dẫn: ThS. Phạm Văn Tâm
• Trường học: Trường Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu
• Chuyên ngành: Công Nghệ Thông Tin - Điện - Điện Tử
• Đề tài: Mô Hình Điều Khiển Và Giám Sát Trạm Trộn Bê Tông
• Loại tài liệu: Báo Cáo Khoa Học
• Năm xuất bản: 2019-2020
• Địa điểm: Bà Rịa - Vũng Tàu

Mục lục chi tiết

• NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI
• LỜI CAM ĐOAN
• MỞ ĐẦU
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Nhu cầu tự động hóa ở Việt Nam
• 1.2. Mục tiêu của đề tài
• 1.3. Tính tối ưu của đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: THIẾT BỊ VÀ CÁC GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ
• 2.1. Hệ thống cân sử dụng Loadcell
• 2.2. Van điện từ
• 2.3. Công tắc hành trình
• 2.4. Động cơ điện
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH TRẠM TRỘN BÊ TÔNG
• 3.1. Nhiệm vụ và quy trình thi công mô hình
• 3.2. Điều khiển và giám sát mô hình
• KẾT LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Khám phá luận văn thạc sĩ mô hình điều khiển trạm trộn bê tông

Trong bối cảnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa, ngành xây dựng tại Việt Nam đòi hỏi sự chính xác và hiệu quả ngày càng cao. Luận văn thạc sĩ mô hình điều khiển và giám sát trạm trộn bê tông ra đời như một giải pháp tất yếu, đáp ứng nhu cầu nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Nghiên cứu này, thực hiện bởi sinh viên Huỳnh Tấn Sang dưới sự hướng dẫn của ThS. Phạm Văn Tâm tại trường Đại học Bà Rịa - Vũng Tàu, tập trung vào việc ứng dụng công nghệ điều khiển tự động vào một trong những khâu quan trọng nhất của ngành xây dựng. Trọng tâm của luận văn là tự động hóa trạm trộn bê tông thông qua việc tích hợp hệ thống điều khiển PLC và hệ thống giám sát SCADA. Mục tiêu không chỉ dừng lại ở việc thay thế sức lao động thủ công mà còn hướng đến việc tối ưu hóa toàn bộ quy trình, từ khâu định lượng nguyên vật liệu đến khi cho ra thành phẩm bê tông thương phẩm đạt chuẩn. Việc nghiên cứu và thi công một mô hình vật lý thu nhỏ cho phép kiểm chứng các thuật toán điều khiển, đánh giá độ ổn định và chính xác của hệ thống trước khi triển khai trong thực tế. Đây là một hướng đi mang tính thực tiễn cao, có thể áp dụng cho việc giảng dạy các môn học chuyên ngành như PLC, điều khiển quá trình và SCADA, đồng thời làm tài liệu tham khảo giá trị cho các đồ án tốt nghiệp trạm trộn bê tông sau này.

1.1. Mục tiêu và tính cấp thiết của luận văn ngành tự động hóa

Đề tài nghiên cứu hướng tới ba mục tiêu chính. Thứ nhất, nghiên cứu và thi công một mô hình trạm trộn bê tông phản ánh đúng quy trình công nghệ thực tế. Thứ hai, xây dựng cơ sở lý thuyết vững chắc để phát triển thuật toán điều khiển dựa trên kiến thức về lập trình PLC và vi điều khiển. Cuối cùng, đánh giá tính ứng dụng của mô hình như một công cụ học tập và đào tạo. Sự cấp thiết của đề tài thể hiện rõ khi các phương pháp trộn bê tông thủ công bộc lộ nhiều nhược điểm về độ chính xác, năng suất thấp và lãng phí nguyên vật liệu. Việc áp dụng tự động hóa trạm trộn bê tông giúp giải quyết triệt để các vấn đề này, đảm bảo chất lượng mẻ trộn đồng đều và tối ưu hóa chi phí sản xuất.

1.2. Tổng quan quy trình sản xuất bê tông tự động hóa

Một quy trình sản xuất bê tông tự động tiêu chuẩn bao gồm các công đoạn chính. Ban đầu, các cốt liệu như đá, cát được vận chuyển bằng băng tải cấp liệu vào các phễu chứa. Xi măng được lưu trữ trong các silo xi măng chuyên dụng. Khi có lệnh sản xuất, hệ thống điều khiển sẽ kích hoạt các van và băng tải để đưa nguyên liệu vào các phễu cân. Hệ thống cân định lượng sử dụng cảm biến tải (loadcell) để đảm bảo khối lượng chính xác theo công thức định trước. Sau khi cân xong, tất cả vật liệu được xả vào bồn trộn. Tại đây, nước và phụ gia được bơm vào và động cơ trộn hoạt động theo thời gian cài đặt. Cuối cùng, bê tông thành phẩm được xả xuống xe chuyên dụng. Toàn bộ quá trình được giám sát và điều khiển tập trung thông qua máy tính.

II. Phân tích thách thức trong luận văn giám sát trạm trộn bê tông

Việc vận hành các trạm trộn bê tông theo phương pháp truyền thống hoặc bán tự động đối mặt với nhiều thách thức cố hữu. Thách thức lớn nhất là đảm bảo độ chính xác của mẻ trộn. Sai số trong hệ thống cân định lượng nguyên vật liệu như xi măng, cát, đá, nước và phụ gia có thể ảnh hưởng trực tiếp đến mác và chất lượng của bê tông, gây ra những hậu quả nghiêm trọng cho công trình. Thêm vào đó, sự phụ thuộc vào kinh nghiệm và sự tập trung của người vận hành dễ dẫn đến thiếu nhất quán giữa các mẻ trộn. Một khó khăn khác là việc quản lý và giám sát. Việc ghi chép dữ liệu sản xuất bằng tay không chỉ tốn thời gian mà còn dễ xảy ra sai sót, gây khó khăn cho việc truy xuất nguồn gốc và thống kê báo cáo. Tốc độ sản xuất bị hạn chế bởi các thao tác thủ công, làm giảm năng suất chung của nhà máy. Luận văn thạc sĩ mô hình điều khiển và giám sát trạm trộn bê tông đã chỉ ra rằng, để vượt qua những rào cản này, việc ứng dụng một hệ thống điều khiển tích hợp là không thể thiếu. Hệ thống này cần giải quyết bài toán điều khiển và thu thập dữ liệu một cách tự động, chính xác và đáng tin cậy.

2.1. Vấn đề về độ chính xác của hệ thống cân định lượng thủ công

Trong các hệ thống thủ công, việc định lượng vật liệu thường dựa vào thể tích hoặc các loại cân cơ khí thô sơ. Phương pháp này có sai số lớn do ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như độ ẩm của cát, kích thước hạt của đá. Để giải quyết, luận văn đề xuất sử dụng cảm biến tải (loadcell), một thiết bị chuyển đổi trọng lượng thành tín hiệu điện với độ chính xác cao. Việc tích hợp loadcell vào các phễu cân cho phép hệ thống đo lường chính xác khối lượng từng thành phần, đảm bảo tỷ lệ pha trộn luôn tuân thủ nghiêm ngặt theo cấp phối đã được thiết lập.

2.2. Khó khăn trong việc điều khiển và thu thập dữ liệu real time

Vận hành một trạm trộn đòi hỏi sự phối hợp nhịp nhàng của nhiều thiết bị: động cơ băng tải, động cơ gầu tải, động cơ bồn trộn, và hàng loạt van điện từ. Việc điều khiển thủ công toàn bộ các thiết bị này một cách đồng bộ là cực kỳ phức tạp và không hiệu quả. Hơn nữa, việc thiếu một hệ thống giám sát tập trung khiến người quản lý không thể theo dõi trạng thái hoạt động của trạm theo thời gian thực. Giải pháp được đưa ra là xây dựng một hệ thống điều khiển PLC kết hợp giám sát SCADA, cho phép tự động hóa quy trình và trực quan hóa toàn bộ dữ liệu vận hành trên một màn hình duy nhất.

III. Phương pháp thiết kế mô hình trạm trộn bê tông thực nghiệm

Để hiện thực hóa các ý tưởng lý thuyết, luận văn đã tập trung vào việc thiết kế mô hình thực nghiệm. Mô hình này không chỉ là một bản sao thu nhỏ về mặt cơ khí mà còn tích hợp đầy đủ các thành phần điện và tự động hóa cốt lõi. Quá trình thiết kế bắt đầu bằng việc phác thảo bản vẽ chi tiết trên phần mềm AutoCAD, giúp có cái nhìn tổng quan và chính xác về kết cấu của trạm trộn. Các thành phần chính như silo xi măng, băng tải cấp liệu, bồn trộn, và hệ thống phễu cân được chế tạo tỉ mỉ. Một khía cạnh quan trọng của phần cứng là việc lựa chọn và tích hợp các thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành. Luận văn đã phân tích kỹ lưỡng cấu tạo và nguyên lý của cảm biến tải (loadcell), thành phần quyết định độ chính xác của hệ thống. Bên cạnh đó, các động cơ được điều khiển thông qua biến tần điều khiển động cơ, cho phép điều chỉnh tốc độ linh hoạt, tối ưu hóa quá trình vận chuyển và trộn vật liệu. Toàn bộ hệ thống dây điện và mạch điều khiển được thiết kế bằng Orcad, đảm bảo tính khoa học và an toàn khi vận hành. Mô hình này là một công cụ hữu hiệu để kiểm tra thuật toán điều khiển mẻ trộn trước khi áp dụng vào thực tế.

3.1. Lựa chọn thiết bị phần cứng PLC Loadcell và biến tần

Sự thành công của mô hình phụ thuộc lớn vào việc lựa chọn thiết bị. Trái tim của hệ thống là bộ điều khiển logic khả trình PLC Siemens S7-300 (hoặc các dòng tương đương như PLC Siemens S7-1200), nổi tiếng về độ tin cậy và khả năng xử lý mạnh mẽ. Đối với hệ thống cân, các cảm biến tải (loadcell) được lựa chọn dựa trên công suất định mức và độ chính xác yêu cầu. Các tín hiệu analog từ loadcell sẽ được xử lý bởi module chuyên dụng của PLC. Cuối cùng, biến tần điều khiển động cơ được sử dụng để khởi động mềm và điều chỉnh tốc độ các động cơ băng tải, gầu tải và bồn trộn, giúp tiết kiệm năng lượng và giảm hao mòn cơ khí.

3.2. Thiết kế bản vẽ cơ khí và sơ đồ mạch điện chi tiết

Giai đoạn thiết kế mô hình thực nghiệm bắt đầu bằng các bản vẽ 2D trên AutoCAD. Các bản vẽ này định rõ kích thước, vị trí của từng bộ phận như khung sườn, phễu chứa, bồn trộn, và cơ cấu gầu tải. Dựa trên bản vẽ cơ khí, sơ đồ nguyên lý mạch điện và mạch in được thiết kế bằng phần mềm Orcad. Sơ đồ này mô tả chi tiết cách kết nối giữa PLC, các cảm biến (công tắc hành trình, loadcell), các cơ cấu chấp hành (động cơ, van điện từ), và mạch nguồn. Việc thiết kế cẩn thận ở giai đoạn này đảm bảo mô hình hoạt động ổn định và dễ dàng cho việc bảo trì, sửa chữa sau này.

IV. Hướng dẫn lập trình PLC và giám sát SCADA trạm trộn bê tông

Phần mềm là linh hồn của hệ thống tự động hóa. Luận văn thạc sĩ mô hình điều khiển và giám sát trạm trộn bê tông đã trình bày chi tiết phương pháp lập trình và xây dựng giao diện điều khiển. Việc lập trình PLC cho trạm trộn được thực hiện trên phần mềm STEP 7 của Siemens. Chương trình được cấu trúc thành các khối chức năng (FC, FB) riêng biệt, tương ứng với hai chế độ vận hành chính: tự động (Auto) và bằng tay (Manual). Trong chế độ tự động, PLC sẽ thực thi toàn bộ thuật toán điều khiển mẻ trộn dựa trên công thức được nhập từ màn hình HMI. Song song với việc lập trình PLC, hệ thống giám sát SCADA được xây dựng bằng phần mềm WinCC. Giao diện HMI WinCC được thiết kế trực quan, sinh động, mô phỏng lại toàn bộ hoạt động của trạm trộn. Người vận hành có thể dễ dàng theo dõi trạng thái của các thiết bị, giá trị cân thực tế, cài đặt thông số mẻ trộn và nhận cảnh báo khi có sự cố. Sự kết hợp giữa TIA Portal và Factory I/O cũng là một phương pháp hiện đại để mô phỏng trạm trộn bê tông trước khi lập trình cho phần cứng thật, giúp tiết kiệm thời gian và giảm thiểu rủi ro.

4.1. Xây dựng thuật toán điều khiển mẻ trộn trên PLC Siemens S7 300

Thuật toán điều khiển là logic cốt lõi quyết định hoạt động của trạm trộn. Luận văn đã xây dựng hai thuật toán chính. Thuật toán chế độ tự động (Auto) hoạt động tuần tự: nhận thông số mẻ trộn, cân định lượng lần lượt cát, đá, xi măng, nước, phụ gia; vận chuyển vật liệu vào bồn trộn; trộn khô; trộn ướt; và cuối cùng là xả bê tông. Mỗi bước đều được kiểm soát chặt chẽ bởi các tín hiệu từ cảm biến. Thuật toán chế độ bằng tay (Manual) cho phép người vận hành điều khiển riêng lẻ từng thiết bị, phục vụ cho mục đích bảo trì, sửa chữa hoặc xử lý các tình huống đặc biệt. Các thuật toán này được lập trình bằng ngôn ngữ LADDER trong phần mềm STEP 7 cho PLC Siemens S7-300.

4.2. Thiết kế giao diện HMI WinCC cho việc điều khiển và thu thập dữ liệu

Giao diện Người-Máy (HMI) là cầu nối giữa người vận hành và hệ thống. Sử dụng WinCC, luận văn đã tạo ra một hệ thống giám sát SCADA toàn diện. Giao diện chính hiển thị sơ đồ công nghệ của trạm trộn, với các đối tượng đồ họa thay đổi màu sắc hoặc chuyển động để phản ánh trạng thái thực (ví dụ: động cơ chạy, van mở). Các khu vực chức năng được bố trí khoa học, bao gồm: khu vực cài đặt thông số (đặt mác bê tông), khu vực hiển thị giá trị cân, khu vực điều khiển (nút Start/Stop, chọn chế độ), và khu vực cảnh báo. Hệ thống cũng có chức năng điều khiển và thu thập dữ liệu, cho phép lưu trữ thông tin sản xuất và xuất báo cáo dưới dạng file Excel, một tính năng cực kỳ hữu ích cho quản lý chất lượng.

V. Kết quả thực tiễn từ mô hình điều khiển trạm trộn bê tông

Sau quá trình thiết kế và thi công, luận văn thạc sĩ mô hình điều khiển và giám sát trạm trộn bê tông đã đạt được những kết quả đáng ghi nhận. Mô hình vật lý đã được hoàn thiện, mô phỏng chính xác và trực quan các công đoạn của một trạm trộn thực tế. Hệ thống đã vận hành ổn định ở cả hai chế độ tự động và bằng tay. Trong chế độ tự động, mô hình thực hiện thành công một chu trình trộn hoàn chỉnh theo đúng các thông số cài đặt trên giao diện HMI WinCC. Hệ thống cân sử dụng biến trở để mô phỏng cảm biến tải (loadcell) đã cho thấy khả năng định lượng với sai số thấp, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật. Giao diện giám sát SCADA hoạt động hiệu quả, cho phép người dùng tương tác dễ dàng với hệ thống, theo dõi toàn bộ quá trình và xuất báo cáo sản xuất. Luận văn đã chứng minh được tính khả thi và hiệu quả của việc ứng dụng hệ thống điều khiển PLC trong việc tự động hóa trạm trộn. Kết quả này không chỉ là một thành công về mặt học thuật mà còn mở ra tiềm năng ứng dụng lớn trong công nghiệp, là nền tảng cho các báo cáo thực tập trạm trộn và các dự án cải tiến công nghệ sau này.

5.1. Vận hành mô hình thực nghiệm và đánh giá độ ổn định

Mô hình sau khi hoàn thiện đã được kết nối với PLC Siemens S7-300 và máy tính cài đặt WinCC. Quá trình vận hành thử nghiệm cho thấy hệ thống phản hồi tín hiệu nhanh và chính xác. Các động cơ, đèn LED mô phỏng van hoạt động đúng theo logic lập trình. Ở chế độ tự động, chu trình diễn ra mượt mà, không có xung đột giữa các thiết bị. Độ ổn định của hệ thống được đánh giá cao, có khả năng hoạt động liên tục trong thời gian dài mà không phát sinh lỗi nghiêm trọng. Đây là minh chứng cho việc thiết kế phần cứng và lập trình phần mềm đã được thực hiện một cách cẩn thận và khoa học.

5.2. Phân tích kết quả giám sát và khả năng xuất báo cáo

Một trong những thành công nổi bật của đề tài là khả năng giám sát và báo cáo. Thông qua giao diện HMI WinCC, mọi thông số vận hành như khối lượng thực tế của từng vật liệu, thời gian trộn, số mẻ đã sản xuất đều được hiển thị rõ ràng. Chức năng lưu trữ dữ liệu cho phép truy xuất lịch sử sản xuất một cách dễ dàng. Đặc biệt, tính năng xuất báo cáo ra file Excel tự động tổng hợp các thông tin quan trọng như thành phần mẻ trộn, tổng trọng lượng, đơn giá, và tổng tiền. Tính năng này giúp đơn giản hóa công tác quản lý, minh bạch hóa sản xuất và là một công cụ hỗ trợ đắc lực cho việc kiểm soát chất lượng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I: TÓNG QUAN .Nhu câu tự đông hóa ở Việt Nam.Mục tiêu của để tài. cà t1 1n HH HT TT ng 00H01 re 1 1.Tính tối ưu của đỀ tầi. - ¿c1 x11 1E E151 1111 10101110111 111 11T 1101011111111 11 1c 1 CHUONG II: THIẾT BỊ VÀ CÁC GIÁI PHÁP CÔNG NGHỆ.Hệ thống cân sử dụng Loadcell. --¿- + + + *E£EEE£EEEE£E£E£EEEEEEEEEEEEEErErkrkrkrerkee 2 2.Van điện TỪ.Công tắc hành trình.--¿ cc- E11 1E 5E E1 1112111111111 1111 1111110101 T111 1111 1 cv 8 2A, DONG voi in n.

9 CHUONG III: Thiét ké va thi céng m6 hinh tram trộn bê tông.Nhiệm vụ và quy trình thi công mô hình.Điều khiến và giám sát mô hình.- ¿+ - +®k+E+E#E£E£EEEEEEEEEEEEEEEEEEEErkrrrrerkes 19 KẾT LUẬN .--LSc- -S ST 111 E111 111111111111 1111 1 11111111 11111111 111111111 111111 24 TÀI LIỆU THAM KHẢẢO.-- - - S11 E1 1181111111111 11 1111111111111 111111 1y 25 5:08 9 2 26 SVTH: Huỳnh Tân Sang BAO CAO NGHIEN CUU KHOA HOC TRUONG DHBRVT CHUONG I: TONG QUAN 1.Nhu cầu tự động hóa ở việt nam. Trong công cuộc đổi mới và phát triển nền khoa học kỹ thuật ngày cảng được chú trọng, do vậy ngành công nghiệp hoá và hiện đại hoá duoc quan tam hang dau. Nhăm giảm sức lao động của con người tăng cao năng suất hiệu quả kinh tế cao nhờ có những dây chuyên hệ thống tự động ngày càng hoàn thiện, từ đơn giản đến phức tạp từ tự động hoá từng phần đến toàn bộ dây chuyên nhờ sự phát triển vượt bậc của các linh kiện điện tử gọn nhẹ và đa năng làm việc ôn định độ tin cậy lớn đã giúp các nhà thiết kế và chế tạo ra những sản phâm với chất lượng cao giá thành hạ. Được sự hỗ trợ phát triển mạnh của công nghệ thông tin.

Bộ vi xử lý ra đời đã trở thành một công cụ hoàn hảo dé phuc vu cho hé thong tự động hoá quá trình sản xuất. Ngoài ra máy tính cũng được dùng như một thiết bị điều khiến vạn năng, nó được đặt trực tiếp trên các dây chuyển công nghệ để giám sát và quản lý các quá trình. Để trợ giúp con người điều khiến một cách tối ưu của quá trình sản xuất với hiệu quả cao. Tự động hoá làm giảm sức lao động của con người, các hệ thống máy móc tự động đã đem lại hiệu quả kinh tẾ rõ rệt nâng cao chất lượng sản phẩm, tăng năng suất lao động, hạ giá thành, sử dụng nguyên liệu tiết kiệm và trạm trộn bê tông là một điển hình cho những điều đó.Mục tiêu của đề tài.

- Nghiên cứu và thi công mô hình trạm trộn bê tông đúng quy trình công nghệ - - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết để xây dựng mô hình dựa trên các kiến thức đã học về lập trình. - _ Dựa vào ứng dụng của mô hình để xây dựng lên mô hình trạm trộn bê tông.Tính tối ưu của đề tài. - - Mô hình dùng làm thiết bị thực hành cho các môn PLC, điều khiển quá trình , Scada. - - Mô hình có thê dùng dé trang nhân viên vận hình trạm trộn bê tông.

SVTH: Huỳnh Tấn Sang Trang 1 BAO CAO NGHIEN CUU KHOA HOC TRUONG DHBRVT CHUONG II: THIET BI VA CAC GIAI PHAP CONG NGHE 2.1Hệ thống cân sir dung Loadcell.Khái niệm Loadcell. Loadcell là thiết bị cảm biến dùng dé chuyén đôi lực hoặc trọng lượng thành tín hiệu điện. Khi lực tác dụng lên loadcell, loadcell sé chuyển đổi lực tác dụng thành tín hiệu điện và xuất ra ngõ ra một tín hiệu điện 2.Cau tạo, sơ đồ đấu dây, nguyên lý hoạt động, thông số kĩ thuật, và các loại loadcell cơ bản. Cau tạo: Loadcell được cấu tạo bởi hai thành phần, thành phan thir nhat 1A "Strain gage" và thành phân còn lại là "Load".

Strain gage là một điện trở đặc biệt chỉ nhỏ băng móng tay, có điện trở thay đối khi bị nén hay kéo dan va được nuôi bằng một nguôn điện 6n định, được dán chết lên “Load” - một thanh kim loại chịu tải có tính đàn hôi. Tai trong Than loadcell Strain gauge 7@ trong Thân. loadcef 1 ! SEE a | SVTH: Huỳnh Tấn Sang Trang 2 BAO CAO NGHIEN CUU KHOA HOC TRUONG DHBRVT So d6 dau day: Trong thực tế còn có loại loadcell sử dụng kỹ thuật 6 dây cho ra 6 đầu dây. Sơ đồ nối dây của loại loadcell này có thể có hai dạng như sau: Wiring Schematic Diagram tye Input (Green| (low cost version) +ve Sense Blue} +velnput (Green| +ve Sense Ble +ve Output [Red] +ve Output (Red) -velnput [Black] -ve Input — (Black) -ve Sense [Brown] -ve Sense [Brown] -ye Output (White -ve Output [White] a.

Dạng nối dây I b.Dạng nối dây 2 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 +velnput (Exc+) và +veSense (Sense+) là nối tắt, các dây -velnput (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 thông cũng khác nhau trong từng trường hợp.

Nguyên lý hoạt động: Hoạt động dựa trên nguyên lý cầu điện trở cân băng 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. Cấu tạo chính của loadcell gồm các điện tro strain gauges R1, R2, R3, R4 két nối thành 1 câu điện trở Wheatstone như hình dưới và được dán vào bề mặt của thân loadcell. U,: Dién ap cung cap U,: Dién ap tin hiéu ra SVTH: Huynh Tan Sang Trang 3 BAO CAO NGHIEN CUU KHOA HOC TRUONG DHBRVT Một điện áp kích thích được cung cấp cho ngõ vào loadcell (2 góc (1) và (4) của cầu điện trở Wheatstone) và điện áp tín hiệu ra được đo giữa hai góc khác.

Tại trạng thái cân băng (trạng thái không tải), điện áp tín hiệu ra là số không hoặc gần băng không khi bốn điện trở được găn phù hợp về giá trị. Khi có tải trọng hoặc lực tác động lên thân loadcell làm cho thân loadcell bị biến dạng (giãn hoặc nén), điều đó dẫn tới sự thay đổi chiều dài và tiết diện của các sợi kim loại của điện trở strain gauges dan trên thân loadcell dẫn đến một sự thay đối giá trị của các điện trở strain gauges. Sự thay đổi này dẫn tới sự thay đổi trong điện áp đầu ra. Đó là lý do tại sao cầu điện trở Wheatstone còn được gọi là một mach cầu cân băng.

Sự thay đổi điện áp này là rất nhỏ, do đó nó chỉ có thể được đo và chuyển thành số sau khi đi qua bộ khuếch đại của các bộ chỉ thị cân điện tử (đầu cân). Thông số kỹ thuật. - 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.

Tùy vào các yêu câu công nghệ khác nhau của hệ thông để lựa chọn thiết bị đo có độ chính xác phù hợp. - Công suất định mức: gia tri khối lượng lớn nhất mà Loadcell có thể đo được. Nếu lực đặt nên thiết bị đo quá giá trị này thì sẽ gây hư hỏng thiết bị đo. - Dải bù nhiệt độ: là khoảng nhiệt độ mà đầu ra Loadcell được bù vào, nếu năm ngoài khoảng này, đầu ra không được đảm bảo thực hiện theo đúng chỉ tiết kĩ thuật được đưa ra.

Bởi vậy, cần lựa chọn thiết bị phù hợp với nhiệt độ môi trường cần đo. - Cấp bảo vệ: được đánh giá theo thang đo IP, (ví dụ: IP65: chống được độ âm và bul). - Điện áp: giá trị điện áp làm việc của Loadcell (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. SVTH: Huỳnh Tấn Sang Trang 4 BAO CAO NGHIEN CUU KHOA HOC TRUONG DHBRVT - Trở kháng đầu vào: trở kháng được xác định thông qua S- và S+ khi Loadcell chưa kết nối vào hệ thống hoặc ở chế độ không tải. - Điện trở cách điện: thông thường đo tại dòng DC 50V. Giá tri cách điện giữa lớp vỏ kim loại củaLoadeell và thiết bị kết nối dòng điện.

- Phá hủy cơ học: giá trị tải trọng mà Loadcell có thể bị phá vỡ hoặc biến dạng. - Giá trị ra: kết qua do dugc (don vi: mV). - Trở kháng dau ra: cho dudi 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 Loadcell 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 củaLoadcell dưới sự thay đối nhiệt độ, (ví dụ: 0.01%/10°C nghĩa là nếu nhiệt dộ tăng thêm 10°C thì công suất đầy tải của Loadcell tăng thêm 0. - Hệ số tác động của nhiệt độ tại điểm 0: giống như trên nhưng đo ở chế độ không tai. - Các loại Loadeell cơ bản. Loadcell tương tự.

Loadcell cảm biến sức căng, biến đổi thành tín hiệu điện gol la Loadcell tương tự. Tín hiệu này được chuyển thành thông tin hữu ích nhờ các thiết bị đo lường như bộ chỉ thị. Mỗi Loadcell tải một đầu ra độc lập, thường ] đến 3 mV/V. Đầu ra kết hợp được tổng hợp dựa trên kết quả của đầu ra từng Loadcell.

Các thiết bị đo lường hoặc SVTH: Huỳnh Tấn Sang Trang 5 BAO CAO NGHIEN CUU KHOA HOC TRUONG DHBRVT bộ hiển thị khuyếch đại tín hiệu điện đưa về, qua chuyên đổi ADC, vi xử lý với phần mềm tích hợp sẵn thực hiện tính toán chỉnh định và đưa kết quả đọc được lên mản hình. Đa phần các thiết bị hay bộ hiển thị hiện đại đều cho phép giao tiếp với các thiết bị ngoài khác như máy tính hoặc máy in. Loadcell số + Khái niệm, sự ra đời Thời gian ra đời: Từ cuối những năm 1970. Về cơ bản Loadcell số là sự tích hợp giữa load cell tương tự với công nghệ điện tử hiện đại.

Ban đầu, khi khái niệm Loadcell số mới ra đời, nhiều người hiểu lầm là các load cell số có các phân tử điện tiêu hao thấp có thể được sử dụng để chuyên đổi một load cell 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 Loadcell cơ bản với độ chính xác, độ 6n dinh va kha năng lặp lại rat cao trong mọi điều kiện làm việc.