Chương 1: Tổng quan ➢ Chương 2: Cơ sở lý thuyết Giới thiệu một số hệ thống cân Loadcell thông dụng trên thị trường, trình bày nguyên lý hoạt động của các hệ thống trên cũng như các vấn đề khác liên quan đến công nghệ được áp dụng trong hệ thống, trình bày các cơ sở lý thuyết liên quan đến phương pháp cân khối lượng và đo chiều dài sản phẩm. ➢ Chương 3: Thiết kế phần cứng và xây dựng hệ thống Phân tích lý do chọn phương án phân loại khối lượng sử dụng cân Loadcell và đo chiều dài sử dụng Encoder; lựa chọn thiết bị phù hợp với đề tài; trình bày sơ đồ khối, giải thuật, bảng thiết kế mô hình và nguyên lý hoạt động của hệ thống. ➢ Chương 4: Thi công hệ thống Trình bày quá trình thực hiện mô hình phần cứng và các bước để có thể hoàn thành hệ thống. ➢ Chương 5: Kết quả thực nghiệm, phân tích, tổng hợp Trình bày những kết quả đạt được từ thực nghiệm.
Phân tích, đánh giá và so sánh với mục tiêu ban đầu đề ra. ➢ Chương 6: Kết luận và hướng phát triển Trình bày những điểm mạnh và những điều chưa đạt được của hệ thống và đưa ra các giải pháp phát triển cho đề tài trong tương lai. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Giới thiệu chung Chương 2 giới thiệu một số hệ thống sử dụng cân định lượng và trình bày một số khái niệm liên quan đến cân định lượng được sử dụng hiện nay, các phương pháp đo chiều dài sản phẩm, nguyên lý hoạt động của các cảm biến cũng như các vấn đề khác liên quan đến công nghệ được áp dụng trong hệ thống.
Giới thiệu hệ thống cân định lượng 2. Các hệ thống cân định lượng hiện nay Việc đo lường, kiểm soát các khối lượng trong các nhà máy, xí nghiệp rất quan trọng. Trong nhiều quá trình, việc đo lường tốt giúp cho nhà máy hoạt động một cách liên tục, năng suất cao và tạo ra những sản phẩm tốt. Trước đây để định lượng nguyên vật liệu trong bồn chứa, phễu chứa trong dây chuyền sản xuất, người ta sử dụng các sử phương pháp đo lường như đo bằng thể tích, đo mức, đo bằng lưu lượng, đo bằng cân cơ học.
với sự cồng kềnh và độ chính xác không cao Ngày nay, các hệ thống hiện đại đòi hỏi các hệ thống phải có độ chính xác cao và năng suất lớn, được kết nối với các thiết bị khác trong hệ thống sản xuất đã cho ra đời các hệ thống cân điện tử đo lường sử dụng loadcell. Qua đó tiết kiệm chi phí tiêu hao nguyên liệu, tăng năng suất, quản lý được chi phí sản xuất. Các hệ thống cân sử dụng loadcell thường dùng như: Cân bồn, cân phễu, cân băng tải, cân dạng cơ,. Hệ thống cân bồn.
Hệ thống cân phễu. Hệ thống cân băng tải. Hệ thống cân cơ. Hình 2-2-1: Một số hệ thống cân thường Băng tải cân định lượng Cân băng tải định lượng là một hệ thống băng tải kết hợp với cân điện tử.
Nó có thể cân định lượng khối lượng nguyên liệu cho quá trình sản xuất sản phẩm ngay trên hệ thống băng truyền cấp liệu. Điều này giúp cho quá trình hoạt sản xuất của doanh nghiệp được diễn ra liên tục, đảm bảo được khối lượng thành phần nguyên liệu cho sản phẩm là đạt chuẩn. Từ đó giúp cho chất lượng sản phẩm đầu ra tốt nhất, đạt tiêu chuẩn cao và mang lại nhiều giá trị hơn. 5 ➢ Cấu tạo Cân băng tải định lượng gồm các thành phần: Hình 2-2: Cấu tạo cân băng tải định lượng Khung cơ khí làm giá đỡ toàn bộ hệ thống: phễu chứa và cấp nguyên liệu, hệ thống con lăn băng tải, băng tải vận chuyển nguyên liệu và một số linh kiện, phụ kiện hỗ trợ.
Hệ thống cảm biến và điều khiển: thiết bị cảm biến lực (Loadcell cân định lượng), thiết bị cảm biến tốc độ, bộ chỉ thị điều khiển, biến tần, động cơ truyền động. Hệ thống điều khiển tự động hóa: hệ thống tủ điện điều khiển trung tâm, phần mềm điều khiển cân bằng định lượng. ➢ Nguyên lý hoạt động của cân băng tải định lượng Cấp liệu vào phiễu chứa → Cấp liệu lên băng tải → Xác định khối lượng/xác định tốc độ chạy → Phân tích thông số thô → Xác định được khối lượng chuẩn → Điều khiển định mức chuẩn → Hệ thống hoạt động vòng lặp. Bộ phận cơ khí: (Phễu chứa, cửa cấp liệu, băng tải, con lăn lớn và con lăn nhỏ): Nơi cấp liệu đầu vào, bao gồm phễu chứa và cấp liệu.
Tại đây, liệu được đổ vào phễu chứa và bắt đầu quy trình của cân băng. Liệu qua cửa cấp liệu chảy xuống băng tải. Toàn bộ băng tải chảy liệu được gá trên khung cân băng, trên các con lăn trong đó con lăn lớn làm nhiểm vụ tải băng, con lăn nhỏ dùng gá đỡ cho băng tải chạy. Trong số băng tải nhỏ sẽ có bộ bận được cảm biện trọng lượng (loadcell) để kiểm tra, đong đếm khối lượng chảy trên băng.
Bộ phận cảm biến: ( Loadcell cảm biến trọng lượng, encoder cảm biến tốc độ): Được gá trên những con lăn nhỏ, tại nơi đây sẽ xuất hiện những trọng lực tác dụng trực tiếp lên con lăn và thông số đó sẽ được gửi về bộ phận điều khiển. Encoder cảm biến tốc độ sẽ có nhiệm vụ, kiểm tra tốc tộ chạy của băng tải, từ đó sẽ đưa ra được thông số tốc độ của băng tải. Kết 6 hợp 2 thông số này lại sẽ có được thông số khối lượng trên giờ để điều chỉnh được chính xác nhất. Bộ phận điều khiển (Đầu cân hiển thị điều khiển, tủ điện điều khiển cân băng, phần mềm cân băng): Từ những thông số kỹ thuật truyền về từ cảm biến tốc độ và cảm biến lực, qua đầu cân điểu khiển xủa lý thông tin sau đó sẽ được gửi về phần mềm điều khiển trên máy tính.
Từ đây những thông số thô sẽ được xử lý và phản hồi ngược lại tủ điện. Tại tủ điện điều khiển trung tâm sẽ có được những quyết định, thông số thời gian chạy trên băng và từ đó kiểm soát được đúng định mức khối lượng / thời gian cân thiết. Hệ thống cân bồn Để kiểm soát lượng sản phẩm nằm trong các bồn và tháp chứa, những phương pháp đo gián tiếp hay dựa vào cảm biến lưu lượng không phải là phương án tối ưu nhất. Vì thế công nghệ cân điện tử cung cấp kết quả ổn định và chính xác trong mọi điều kiện vật liệu.
➢ Dạng kết cấu của bồn chứa nguyên liệu cơ bản Hình 2-3: Cấu tạo cơ bản cân bồn Bồn chứa: thường là một bồn chứa kín để lưu trữ và xử lý nguyên liệu dạng chất lỏng, chất rắn chảy tự do hoặc chất khí. Kích thước bồ chứa tùy thuộc vào ứng dụng của hệ thống cân khối lượng. Phễu chứa: là một dạng thùng chứa mở ở trên đầu dùng để chứa, xử lý và lưu trữ các nguyên liệu chất rắn ở dạng hạt hoặc bột. Phễu có xu hướng nhỏ hơn bồn chứa và được treo cao hơn bồn.
7 Silo: Là một dạng bồn chứa kín thẳng đứng chứa các nguyên liệu rắn dạng hạt hoặc bột, có công suất chứa lớn lên đến vài trăm tấn. Thường được sử dụng để cung cấp nguyên liệu thô cho các nhà máy chế biến. ➢ Nguyên lý cân khối lượng của hệ thống cân bồn Cấp nguyên liệu vào bồn chứa → Cân nguyên liệu ở đầu cân Loadcell → Thu thập và lưu trữ dữ liệu → Đưa tín hiệu về các thiết bị điều khiển (PLC,…) → Điều khiển hệ thống → Hệ thống hoạt động vòng lặp. Các phương pháp đo chiều dài 2.
Phương pháp đo chiều dài thủ công Phương pháp đo chiều dài thủ công được thực hiện trực tiếp bằng sức lao động của con người. Thường xuất hiện tại các cơ sở kinh doanh nhỏ, quy mô sản xuất theo hộ gia đình Hình 2-4: Cách đo chiều dài thủ công Ưu điểm: • Chi phí đầu tư thấp. • Chi phí vận hành thấp. • Đơn giản, độ chính xác tương đối ổn định.
Nhược điểm: • Không có tính tự động. • Thời gian lâu. • Cần nhiều sức lao động, áp dụng ở môi trường làm việc nhỏ mang tính cá nhân. Phương pháp đo chiều dài dùng cảm biến đo Trong phương pháp này, các sản phẩm sẽ được chạy trên băng chuyền.
Cảm biến phát hiện khi có vật trên băng chuyền sẽ đưa tín hiệu về bộ điều khiển, từ đó có thể phân tích dữ liệu từ các cảm biến đo gửi về. Hiện nay có khá nhiều cảm biến đó khoảng cách, tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng, có thể sử dụng một số loại như: • Cảm biến siêu âm: thường dùng để đo khoảng cách mực chất lỏng trong công nghiệp. • Cảm biến từ: thường dùng đo chiều dài hoặc khoảng cách giữa các vật thể kim loại. • Encoder: dùng để đo chiều dài hoặc khoảng cách của các vật thể, thông qua bộ phát xung biến đổi thành chiều dài.
Hình 2-5: Đo chiều dài bằng encoder Ưu điểm: • Độ chính xác cao, tầm đo dao động khoảng từ vài cm đến 3000m. • Tốc độ nhanh, có thể tùy chỉnh tốc độ đọc dựa trên tốc độ cấp phôi và băng tải. • Chi phí đầu tư không quá cao. Nhược điểm: • Cần vật được đo phải nằm ở vị trí chính xác cao, nếu sai lệch thì kết quả đo sẽ sai sót.
Phương pháp đo chiều dài dùng dùng xử lý ảnh công nghiệp Phương pháp này sử dụng một hoặc nhiều cảm biến công nghiệp, các ván gỗ sẽ nằm trên băng tải và chuyển động qua cảm biến để xử lý hình ảnh. Ban đầu hình ảnh được truyền trực tiếp qua thiết bị, tại đây ảnh được xử lý bằng phần mềm để tách đối tượng ra khỏi nền 9 ảnh xung quanh. Ảnh RGB (Red Green Blue) sau khi được chuyển sang HSV (Hue – Saturation – Value), giữ lại các điểm ảnh màu xanh và chuyển các điểm ảnh còn lại sang màu đen. Khung hình đầu tiên được thiết lập là khung hình nền gốc.
Khung hình nền hiện tại được tính bởi trung bình cộng giữa khung hình nền gốc và khung hình hiện tại. Bằng so sánh sự sai khác giữa các khung hình, thiết bị sẽ ghi nhận chuyển động của ván gỗ nếu khung hình hiện tại và khung hình nền khác nhau quá 5000 pixel. Sau khi thiết bị ghi nhận được hình ảnh cây gỗ chạy qua, hình ảnh được chuyển sang màu xám, lọc nhiễu Gauss sau đó tiếp tục được chuyển đổi qua thuật toán phân ngưỡng threshold để tránh ảnh hưởng của vân gỗ đến các thuật toán phía sau. Các điểm ảnh có giá trị nhỏ hơn ngưỡng được chuyển về màu đen, các điểm ảnh còn lại được chuyển về màu trắng.