Đồ án Điều khiển và giám sát hệ thống cân tự động (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Điều khiển và giám sát hệ thống cân tự động (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN- ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG CÂN TỰ ĐỘNG GVHD: THS. THÁI HOÀNG LINH SVTH: TỪ NGỌC THIỆN MSSV: 10101128 SVTH: NGUYỄN VĂN THƠM MSSV: 10101133 SKL003071 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2014
2. PHẦN I
3. TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP. HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Tp. HCM, ngày 01 tháng 03 năm 2014 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Từ Ngọc Thiện MSSV: 10101128 Nguyễn Văn Thơm MSSV: 10101133 Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện - Điện tử Mã ngành: 01 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2010 Lớp: 101012 I. TÊN ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG CÂN TỰ ĐỘNG II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tìm hiểu về PLC S7-300 CPU 314 của Siemens. - Tìm hiểu về Module Analog. - Tìm hiểu và sử dụng Loadcell. - Tìm hiểu phần mềm giám sát WinCC. - Thiết kế và thi công mô hình cân tự động. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 01/03/2014 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 10/07/2014 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Ths. THÁI HOÀNG LINH CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Ths. THÁI HOÀNG LINH THS.GV. NGUYỄN THANH HẢI ii
4. Trường ĐHSư Phạm Kỹ Thuật Khoa Điện – Điện Tử PHIẾU CHẤM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BM Điện Tử Công Nghiệp Ngày tháng năm 2014 1. Tên đề tài tốt nghiệp: 2. Cán bộ hướng dẫn: 3. Nhận xét: 4. Đề nghị : Được bảo vệ: Bổ sung để được bảo vệ: Không được bảo vệ: 5. Các câu hỏi sinh viên phải trả lời trước hội đồng : (dành cho cán bộ phản biện) Câu 1: Câu 2: 6. Đánh giá chung (bằng chữ: giỏi, khá, TB, yếu): Điểm: /10. 7. Xin mời GV hướng dẫn và GV phản biện tham gia hội đồng bảo vệ của thư mời đính kèm. Cán bộ hướng dẫn iii
5. Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Khoa Điện – Điện Tử PHIẾU CHẤM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BM Điện Tử Công Nghiệp Ngàytháng năm 2014 1. Tên đề tài tốt nghiệp: 2. Cán bộ phản biện: 3. Nhận xét: 4. Đề nghị : Được bảo vệ: Bổ sung để được bảo vệ: Không được bảo vệ: 5. Các câu hỏi sinh viên phải trả lời trước hội đồng : (dành cho cán bộ phản biện) Câu 1:. Câu 2:. 6. Đánh giá chung (bằng chữ: giỏi, khá, TB, yếu): Điểm: /10. Cán bộ phản biện iv
6. LỜI MỞ ĐẦU Trong công cuộc xây dựng và phát triển, đất nước đang bước thời kỳ Công Nghiệp Hoá-Hiện Đại Hoá với những cơ hội, thuận lợi và những khó khan, thách thức lớn. Điều này đặt ra cho thế hệ trẻ, những người chủ tương lai của đất nước những nhiệm vụ nặng nề.Đất nước đang cần sức lực và trí tuệ cũng như lòng nhiệt huyết của những trí thức trẻ, trong đó có những kỹ sư tương lai. Với sự phát triển nhanh chóng của cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật nói chung và trong lĩnh vực điện - điện tử - tự động hóa - tin học nói riêng làm cho bộ mặt của xã hội thay đổi từng ngày. Nhu cầu định lượng và vận chuyển các sản phẩm ở dạng rời rạc ngày càng tăng cao. Vì vậy, cần có một hệ thống vừa làm nhiệm vụ cân vừa làm nhiệm vụ vận chuyển sản phẩm nên hệ thống cân định lượng được ra đời. Từ khi ra đời hệ thống cân định lượng đã thực sự hoạt động có hiệu quả làm tăng năng suất lao động, nâng cao sức cạnh tranh cho các doanh nghiêp. Hệ thống cân định lượng được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp, tuy nhiên công nghệ này vẫn còn khá mới mẽ đối với các sinh viên trong lĩnh vực tự động sau khi ra trường, nên nhóm đã lựa chọn nghiên cứu đề tài:“ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG CÂN TỰ ĐỘNG”. Những kiến thức, năng lực đạt được trong quá trình học tập ở trường sẽ được đánh giá qua đợt bảo vệ đồ án cuối khóa. Vì vậy nhóm thực hiện đề tài cố gắng tận dụng những kiến thức đã học ở trường cùng với sự tìm tòi, nghiên cứu cùng với sự hướng dẫn tận tình của giáo viên hướng dẫn cùng Thầy/Cô thuộc Khoa Điện-Điện Tử để có thể hoàn thành tốt đồ án này. Mặc dù nhóm thực hiện đề tài đã cố gắng hoàn thành nhiệm vụ đề tài đặt ra và đúng thời hạn nhưng sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, mong quý Thầy/Cô và các bạn sinh viên thông cảm.Nhóm thực hiện đề tài mong nhận được những ý kiến đóng góp của quý Thầy/Cô và các bạn sinh viên. Xin chân thành cảm ơn! Nhóm thực hiện đề tài Từ Ngọc Thiện Nguyễn Văn Thơm v
7. LỜI CẢM ƠN  Nhóm thực hiện đề tài xin chân thành cảm ơn thầy Thái Hoàng Linh đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo những kinh nghiệm quý báu cũng như hỗ trợ phương tiện thí nghiệm trong suốt quá trình tìm hiểu, nghiên cứu đề tài. Đồng thời nhóm chúng em cũng xin cảm ơn các thầy cô trong Khoa Điện - Điện Tử đã tạo điều kiện, cung cấp cho nhóm những kiến thức cơ bản, cần thiết để chúng em có điều kiện và đủ kiến thức để thực hiện quá trình nghiên cứu. Đồng thời, nhóm cũng xin cảm ơn các thành viên trong lớp 101012 đã có những ý kiến đóng góp, bổ sung, giúp nhóm hoàn thành tốt đề tài. Ngoài ra, nhóm cũng đã nhận được sự chỉ bảo của các anh (chị) đi trước.Các anh (chị) cũng đã hướng dẫn và giới thiệu tài liệu tham khảo thêm trong việc thực hiện nghiên cứu. Trân trọng Nhóm thực hiện đề tài Từ Ngọc Thiện Nguyễn Văn Thơm vi
8. MỤC LỤC NỘI DUNG TRANG PHẦN I: GIỚI THIỆU Trang bìa i Nhiệm vụ đồ án ii Lời mở đầu v Lời cảm ơn vi Mục lục vii Liệt kê hình vẽ ix Liệt kê bảng xi PHẦN II: NỘI DUNG CHƯƠNG 1: DẪN NHẬP 1 1.1. Đặt vấn đề 2 1.2. Lý do chọn đề tài 2 1.3. Dàn ý nghiên cứu 3 1.4. Giới hạn đề tài 3 1.5. Đối tượng nghiên cứu 4 1.6. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài 4 1.7.Tình hình nghiên cứu 4 1.8. Phương pháp nghiên cứu 4 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5 2.1.Các phương pháp định lượng 6 2.1.1.Khái niệm về định lượng 6 2.1.2.Nguyên tắc 6 2.1.3. Phương pháp định lượng theo khối lượng 6 2.1.3.1. Vít đinh lượng 6 2.1.3.2. Thùng (trống) định lượng 7 2.1.3.3. Đĩa định lượng 7 2.1.3.4. Băng định lượng 8 2.1.3.5. Định lượng từng phần 8 2.2.Cảm biến trọng lượng (Loadcell) 9 2.2.1. Giới thiệu chung về Loadcell 9 2.2.2. Thông số kỹ thuật cơ bản 9 2.2.3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 10 2.3.1.1.Cấu tạo 10 2.3.1.2. Nguyên lý hoạt động 10 2.3. Giới thiệu module input analog SM 331 10 2.4.Giới thiệu về PLC S7-300 12 2.4.1. Giới thiệu chung về PLC 12 2.4.2. Nguyên lý hoạt động PLC 13 2.4.3. Cấu trúc phần cứng PLC S7-300 13 2.4.3.1. Module CPU 14 2.4.3.2. Module nguồn 14 2.4.3.3. Module mở rộng 14 2.4.4. Cấu trúc phần mềm của PLC S7-300 15 vii
9. 2.4.5. Một số lệnh PLC S7-300 được sử dụng trong chương trình 17 2.4.6. Truyền thông giữa PLC và PC 18 2.5. Sơ lược về WinCC 19 2.5.1. WinCC explorer 20 2.5.2.Graphics Designer 21 2.5.3.Thiết lập thuộc tính khi chạy chương trình 22 2.5.4.Khởi tạo Project 22 2.5.5.Thêm PLC driver 24 CHƯƠNG 3 :THIẾT KẾ HỆ THỐNG 25 3.1. Thiết kế hệ thống cơ khí 26 3.1.1. Thiết kế băng tải 26 3.1.2. Thiết kế bồn chứa nguyên liệu 27 3.2.2.1.Bồn chứa 27 3.2.2.2.Bồn cân 27 3.2. Lựa chọn các thiết bị điện 27 3.2.1. Loadcell 27 3.2.2. Motor 28 3.2.3 Cảm biến quang 28 3.2.3.1. Cấu tạo chung của cảm biến 29 3.2.3.2. Lựa chọn cảm biến 29 3.2.4. Van khí nén và cylinder 30 3.2.4.1. Tìm hiểu van 5/2 30 3.2.4.2. Cylinder 30 3.2.5. Thiết kế mạch khuếch đại Loadcell 31 3.2.5.1. Giới thiệu IC INA 125 31 3.2.5.2. Sơ đồ nguyên lý 33 3.2.5.3 Tính toán hệ số khuếch đại của mạch 33 3.2.5.4. Thiết kế mạch in 33 3.3. Sơ đồ khối hệ thống phần cứng 34 3.3.1. Sơ đồ khối 34 3.3.2.Sơ đồ kết nối ngõ vào ra của PLC 35 CHƯƠNG 4: LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT VÀ CHƯƠNG TRÌNH 36 4.1. Phần mềm SIMATIC STEP7 37 4.1.1Khởi động chương trình và tạo Project 38 4.1.2Tạo và khai báo Project 39 4.2.Lưu đồ giải thuật chương trình 42 4.3. Nguyên lý hoạt động 43 4.4.Chương trình 44 4.5.Thiết kế giao diện trên WINCC 45 4.5.1.Phần thiết kế 45 4.5.2.Kết quả 46 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 47 5.1. Kết quả nghiên cứu 48 5.1. Kết luận 49 5.2. Hướng phát triển đề tài 50 PHẦN III: PHỤ LỤC Tài liệu tham khảo viii
10. LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1: Mô hình vít định lượng 6 Hình 2.2: Mô hình thùng định lượng 7 Hình 2.3: Mô hình đĩa định lượng 7 Hình 2.4: Mô hình băng định lượng 8 Hình 2.5: Mô hình định lượng từng phần 8 Hình 2.6: Một số Loadcell trên thị trường 9 Hình 2.7: Mạch cầu Wheatstone 10 Hình 2.8: Cấu tạo bên trong Loadcell và nguồn cấp 10 Hình 2.9: Module analog SM 331 AI2x12 bit 11 Hình 2.10: Cấu trúc của một bộ điều khiển PLC 12 Hình 2.11: Chu kì quét của PLC 13 Hình 2.12: Cấu trúc phần cứng PLC 14 Hình 2.13: Mô tả PC đọc thông tin về bộ nhớ và trạng thái hoạt động của PLC 18 Hình 2.14: PC ghi dữ liệu về bộ nhớ và trạng thái hoạt động của PLC 19 Hình 2.15: PC gửi dữ liệu đến máy tính 19 Hình 2.16: Của sổ làm việc của WinCC 20 Hình 2.17: Cửa sổ thiết kế giao diện điều khiển 21 Hình 2.18: Thiết lập cho Project khi Runtime 22 Hình 2.19: Khởi động phần mềm WinCC 22 Hình 2.20: Lựa chọn hệ thống 23 Hình 2.21: Đặt tên cho Project 23 Hình 2.22: Màn hình giao diện chính của WinCC 23 Hình 2.23: Tạo kết nối giữa PLC và WinCC 24 Hình 3.1: Phác thảo khung băng tải 26 Hình 3.2: Dây băng tải bằng PVC 26 Hình 3.3: Phác thảo bồn chứa nguyên liệu 27 Hình 3.4: Phác thảo bồn cân nguyên liệu 27 Hình 3.5: Loadcell UWE dạng thanh 27 Hình 3.6: Động cơ DC và dây sên 28 Hình 3.7: Cấu tạo chung của cảm biến 29 Hình 3.8: Cảm biến E3F3-D12 29 Hình 3.9: Cấu tạo cảm biến E3F3-D12 30 ix
11. Hình 3.10: Van đơn cực sử dụng trong mô hình 30 Hình 3.11: Ký hiệu của xy lanh tác động kép 30 Hình 3.12: Xy lanh và van tiết lưu sử dụng trong mô hình 31 Hình 3.13: IC INA125 31 Hình 3.14: Cấu tạo bên trong IC INA125 32 Hình 3.15: Sơ đồ nguyên lý 33 Hình 3.16: Sơ đồ đi dây 33 Hình 3.17: Mạch khuếch đại hoàn chỉnh 34 Hình 3.18: Sơ đồ khối hệ thống 34 Hình 3.19: Sơ đồ kết nối PLC 35 Hình 3.20: Sơ đồ kết nối của module analog SM 331 35 Hình 4.1: Ngôn ngữ STL 37 Hình 4.2:Ngôn ngữ LAD 37 Hình4.3: Ngôn ngữ FBD 37 Hình 4.4: Tạo Project 38 Hình 4.5: Chèn Simatic 300 Station 39 Hình 4.6:Cửa sổ khai báo Hardware 39 Hình 4.7: Thư viện phần cứng 40 Hình 4.8: Phần cứng được thiết lập xong 40 Hình 4.9: Khối OB1 41 Hình 4.10: Chọn ngôn ngữ lập trình 41 Hình 4.11: Giao diện viết chương trình điều khiển 41 Hình 4.12: Các Tag cần dùng trong hệ thống 45 Hình 4.13: Danh sách các giao diện điều khiển và giám sát được tạo 45 Hình 4.14: Giao diện Tag Logging 46 Hình 4.15:Giao diện Alarm Logging 46 Hình 4.16:Tạo User admin 46 Hình 4.17: Màn hình đăng nhập 47 Hình 4.18: Giao diện điều khiển và giám sát 47 Hình 4.19: Đồ thị biểu diễn giá trị cân 48 Hình 4.20: Giao diện cảnh báo 48 Hình 4.21: Giá trị cân trên Excel 48 Hình 4.22: Thiết lập trước khi chạy hệ thống 49 Hình 5.1: Mô hình hệ thống cân 48 Hình 5.2:Giao diện điều khiển và giám sát trên WinCC 49 x
12. LIỆT KÊ BẢNG Bảng Trang Bảng 2.1:Các tầm đo của SM 331 11 Bảng 2.2:Tầm đo theo độ phân giải đơn cực và lưỡng cực 12 Bảng 2.3: Các bộ nhớ và địa chỉ chương trình 16 Bảng 2.4:Các chương trình soạn thảo trên WinCC 20 Bảng 3.1:Thông số Loadcell UWE 28 Bảng 5.1: Kết quả chạy thực nghiệm của hệ thống 49 xi
13. Đồ án tốt nghiệp Trang1 CHƢƠNG I DẪN NHẬP GVHD: Ths. Thái Hoàng Linh Chương I: Dẫn nhập
14. Đồ án tốt nghiệp Trang2 1.1 Đặt vấn đề. Ngày nay, với sự phát triển của khoa học công nghệ, cùng với sự ứng dụng mạnh mẽ của khoa học kĩ thuật vào sản xuất cũng như đời sống, từ đó chất lượng và hiệu quả sản xuất được nâng cao hơn. Mà trong đó, tự động hoá các dây chuyền sản xuất là điều không thể thiếu trong công cuộc phát triển đó. Với sự ra đời của PLC (Programable Logic Control) là một bước tiến rất quan trọng trong lĩnh vực tự động hoá. PLC đã đáp ứng yêu cầu đặt ra một cách tốt nhất như: khả năng lập trình đơn giản, dễ chỉnh sửa, độ tin cậy cao và nhất là độ chính xác mà đôi khi con người không thể chủ động được. Do đó việc ứng dụng những tính năng của PLC vào thực tế là rất quan trọng trong vấn đề cải thiện quá trình sản xuất nhằm rút ngắn thời gian sản xuất, và nâng cao chất lượng sản phẩm Đi kèm với sự ra đời và phát triển mạnh mẽ thì các chuẩn giao tiếp của PLC với PLC, máy tính điều khiển hoặc các thiết bị chấp hành là rất cần thiết trong quá trình điều khiển. Việc nghiên cứu và ứng dụng vấn đề này vào thực tế cuộc sống là một điều rất cần thiết trong vai trò làm chủ công nghệ hiện nay. Để góp phần tạo nên nền tảng ban đầu vững chắc cho việc học tập, tìm hiểu kỹ thuật điều khiển tự động,đồng thời được sự đồng ý của ban chủ nhiệm khoa Điện-Điện tử và sựchấp thuận của giáo viên hướng dẫn, nhóm đã lựa chọn nghiên cứu đề tài: “ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG CÂN TỰ ĐỘNG”. Tuy nhiên, do hạn chế về kinh nghiệm thực tế cũng như về kiến thức và thời gian thực hiện, nên việc thực hiện đề tài không thể tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy, rất mong sự chỉ bảo thêm của quí Thầy Cô cũng như những đóng góp của các bạn sinh viên. 1.2 Lý do chọn đề tài. 1.2.1 Khách quan. Trong quá trình sản xuất tạo ra sản phẩm,hệ thống cân tự động ngày càng được ứng dụng nhiều trong công ty nhằm đáp ứng cho yêu cầu sản xuất được tăng nhanh, độ chính xác cao, giảm thiểu gần như tối đa thất thoát trong khâu định lượng nguyên liệu hay đóng gói sản phẩm. Do vậy việc giám sát và định lượng chính xác là vấn hết sức đề quan trọng và cần thiết. GVHD: Ths. Thái Hoàng Linh Chương I: Dẫn nhập
15. Đồ án tốt nghiệp Trang3 1.2.2 Chủ quan. Hiện nay hệ thống giám sát và điều khiển dùng PLC được sử dụng rất nhiều trong mọi lĩnh vực của đời sống và lao động sản xuất. Vì vậy, nhóm muốn tìm hiểu đề tài để có thể tự tin khi ra trường, mặt khác để có thể dễ tìm kiếm việc làm phù hợp hơn. Đồng thời,nhóm nghiên cứu có thể ứng dụng hệ thống điều khiển và giám sát vào các hệ thống khác một cách nhanh chóng hơn. 1.3 Dàn ý nghiên cứu. Đề tài được thực hiện với những bước sau: Bước 1: - Tìm hiểu các mô hình cân dạng hạt. - Tìm hiểu về Loadcell, cấu tạo và nguyên lý hoạt động. - Tìm hiểu Module analog SM 331. - Tìm hiểu PLC S7-300 Siemens và tập lệnh. - Tìm hiểu về WinCC. - Tìm hiểu về phần mềm và ngôn ngữ lập trình Simatic Step 7. Bước 2: Thiết kế cơ khí và lắp đặt cảm biến, van khí nén. Bước 3: Kết nối PLC với các thiết bị ngoại vi, viết chương trình điều khiển. Bước 4: Thiết kế giao diện điều khiển và giám sát, thu thập dữ liệu trên WinCC. Bước 5: Hiển thị kết quả cân trên màng hình WinCC. 1.4 Giới hạn đề tài. Do hạn chế về thời gian, trang thiết bị và kiến thức chuyên môn nên nhóm chỉ nghiên cứu trong giới hạn sau:  Định lượng được tất cả các sản phẩm có khối lượng nhỏ hơn hoặc bằng tải trọng tối đa của Loadcell. Tùy vào vật liệu cần định lượng mà thiết kế mô hình cân và cách điều khiển cho phù hợp.  Tìm hiểu PLC S7-300 của Siemens và viết chương trình dạng Ladder. Tạo giao diện điều khiển và giám sát bằng phần mềm WinCC.  Thiết kế mô hình cân dùng để định lượng các nguyên liệu rời và các loại hạt nông sản có kích thước nhỏ như lúa, gạo, các loại đậu,  Trong đề tài này, thiết kế cân chỉ là một bộ phận của hệ thống sản xuất nguyên liệu, cân dùng để định lượng trước khi đóng gói sản phẩm. GVHD: Ths. Thái Hoàng Linh Chương I: Dẫn nhập
16. Đồ án tốt nghiệp Trang4 1.5 Đối tƣợng nghiên cứu.  Các linh kiện và thiết bị hỗ trợ: Motor DC, dây băng tải, PLC, cảm biến, van khí nén, Loadcell, các linh kiện điện tử, .  Vật liệu thi công: sắt, nhựa, nhôm,  Phần mềm sử dụng: SIMATIC_S7_STEP7_V55_SP1, WinCC, Proteus 7.8 và một số phần mềm hỗ trợ khác. 1.6 Ý nghĩathực tiễn của đề tài. Đề tài này có thể áp dụng vào thực tế trong việc cân lượng nguyên liệu chính xác trước khi đưa qua sản xuất hay khâu đóng gói sản phẩm. 1.7 Tình hình nghiên cứu.  Hiện nay tại Việt Nam có nhiều công ty đã sản xuất ra nhiều loại cân để ứng dụng cho sản xuất như CTY CPSXTMDV TRƯỜNG THỊNH TIẾN, CTY TNHH QUỐC HÙNG, Công ty TNHH TM – SX – DV Cân Điện Tử Sao Việt, đã góp phần tạo điều kiện cho nhóm nghiên cứu và thực hiện đề tài theo đúng yêu cầu thực tế.  Trên các diễn đàn điện tử rất sôi động thảo luận về công nghệ tự động hóa.Thông qua các diễn đàn này nhóm thực hiện đề tài nhận thấy có rất nhiều thành viên đã thực hiện thiết kế được nhiều hệ thống ứng dụng trên thực tế.  Với những cơ sở dữ liệu và kiến thức tích lũy được, nhóm thực hiện đề tài đã thiết kế mô hình dựa trên sự đáp ứng thực tiễn của xã hội. 1.8 Phƣơng pháp nghiên cứu. Trong thời gian tham khảo và tìm hiểu dưới sự hướng dẫn của thầy Thái Hoàng Linh, nhóm đã quyết định nghiên cứu đề tài với những phương pháp chủ yếu sau:  Phương pháp tham khảo tài liệu: Nguồn tài liệu chủ yếu bằng tiếng anh và tiếng việt được tìm kiếm trên mạng internet. Tham khảo sản phẩm thực tế của công ty thông qua internet. Tham khảo tài liệu nghiên cứu của các anh chị năm trước làm đồ án để lại.  Phương pháp thực hành: Song song với việc đọc tài liệu, nhóm thực hiện đề tài đã thi công mô hình để dễ dàng nắm bắt được lý thuyết. GVHD: Ths. Thái Hoàng Linh Chương I: Dẫn nhập
17. Đồ án tốt nghiệp Trang 5 CHƢƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT GVHD: Ths. Thái Hoàng Linh Chương II: Cơ Sở Lý Thuyết
18. Đồ án tốt nghiệp Trang 6 2.1. Các phƣơng pháp định lƣợng. Quá trình định lượng vật liệu rời thường được tiến hành theo 2 cách: Ðịnh lượng liên tục: vật liệu rời được cung cấp liên tục và không đổi theo thời gian. Có thể xác định lượng cung cấp bằng cách xác định thể tích hoặc khối lượng vật liệu qua máy trong một đơn vị thời gian. Ðịnh lượng từng mẻ: phần lớn là quá trình cân tự động, khi đã nạp đủ lượng đã định, hệ thống tự động sẽ đóng đường nạp liệu và tháo lượng sản phẩm trong máy ra. Lượng cung cấp được xác định bằng thể tích hoặc khối lượng vật liệu trong một mẻ cân. 2.1.1. Khái niệm về định lƣợng.  Định lượng là phương pháp đo lường vật liệu với độ chính xác theo yêu cầu. Mức độ chính xác được xác định theo yêu cầu công nghệ, ngoài ra còn căn cứ tính kinh tế.  Đối tượng định lượng rất phong phú: rời, lỏng, đậm đặc, dẻo, nhão, quánh. 2.1.2. Nguyên tắc. Có hai phương pháp định lượng vật liệu là phương pháp thể tích và phương pháp khối lượng.  Các mô hình định lượng theo thể tích có cấu tạo, sử dụng hay sửa chữa đơn giản, nhưng chính xác thấp (sai số từ 2 – 3 %).  Các mô hình định lượng theo khối lượng có cấu tạo phức tạp và giá thành cao, tuy nhiên độ chính xác của chúng rất cao (sai số 0,1%). 2.1.3. Phƣơng pháp định lƣợng theo khối lƣợng. Việc lựa chọn phương pháp định lượng, dạng định lượng phụ thuộc vào các tính chất cơ lý và cỡ hạt của sản phẩm định lượng bao gồm: Kích thước, khối lượng thể tích, độ linh động, độ ẩm, sự dính kết, vón cục, khả năng kết thành tảng lớn và tính phân tán của sản phẩm rời. 2.1.3.1. Vít định lƣợng. Hình 2.1 : Mô hình vít định lượng Vít định lượng là thiết bị định lượng vật liệu rời có độ chính xác trung bình.Cấu tạo vít định lượng tương tự như một vít tải, tuy nhiên thường có kích thước tương đối nhỏ và không quá dài. Khi vít định lượng quay với số vòng quay không đổi, lượng cung cấp cũng không đổi theo thời gian. Để thay đổi lượng cung cấp, tốc độ quay của vít định lượng được điều chỉnh nhờ một bộ biến tốc vô cấp. Vít cấp liệu có thể đặt nằm ngang hoặc nằm nghiêng. Lượng cung cấp của vít định lượng không hoàn toàn đồng đều theo thời gian do cấu tạo của vít và thính chất khó chảy thành dòng liên tục của vật liệu rời. Trong thực tế, lượng cung cấp thường xác định bằng đo đạc tại chỗ. GVHD: Ths. Thái Hoàng Linh Chương II: Cơ Sở Lý Thuyết
19. Đồ án tốt nghiệp Trang 7 2.1.3.2. Thùng (trống) định lƣợng. Hình 2.2 : Mô hình thùng định lượng Người ta sử dụng hai loại thùng định lượng: thùng hình trụ hay thùng có nhiều cạnh và thùng hình quạt. Loại thứ nhất dùng để điều chỉnh dòng sản phẩm nhờ lực ma sát và lực bám dính với bề mặt thùng. Trong thùng hình quạt, số lượng sản phẩm cấp vào được xác định bằng dung tích hình quạt, chúng có thể là các hốc có hình dạng xác định hoặc những cánh của thùng.Thùng hình trụ nhẵn và có những nếp gợn nhỏ dùng cho sản phẩm bột và hạt nhỏ, những thùng mài cạnh dùng cho sản phẩm ở dạng cục nhỏ và cục trung bình. 2.1.3.3. Đĩa định lƣợng. Hình 2.3 : Mô hình đĩa định lượng Đĩa định lượng là một đĩa quay nằm ngang, bên trên phễu chứa vật liệu.Trên mặt có thanh gạt cố định, động cơ điện và bộ giảm tốc được bố trí bên dưới.Sản phẩm từ phễu chảy xuống đĩa quay, và phần vật liệu tiếp xúc với thanh gạt được lấy ra rơi xuống dưới. Lượng vật liệu định lượng được điều chỉnh bằng cách dịch chuyển bằng cách dịch chuyển ống tiếp liệu di động phủ bên ngoài đoạn ống tháo cảu phễu chứa hoặc thay đổi vị trí thanh gạt vào sâu hay lùi ra khỏi đĩa quay. Năng suất máy định lượng phụ thuộc vào thể tích sản phẩm trên đĩa, chiều cao và vị trí đặt thanh gạt cũng như số vòng quay của đĩa. GVHD: Ths. Thái Hoàng Linh Chương II: Cơ Sở Lý Thuyết
20. Đồ án tốt nghiệp Trang 8 Đĩa định lượng dùng để cấp và định lượng vật liệu dạng hạt nhỏ và dạng bột khô.Chúng đảm bảo cấp liệu đủ chính xác khi năng suất tương đối lớn. 2.1.3.4. Băng định lƣợng. Hình 2.4 : Mô hình băng định lượng Cấu tạo giống như băng tải vận chuyển nhưng ngắn hơn do chỉ dùng để định lượng hơn là vận chuyển. Phễu chứa nguyên liệu được lắp phía trên băng giúp cho việc cung cấp được đồng đều. Cửa ra của phễu nạp có tấm chắn điều chỉnh diện tích cửa ra để thay đổi lượng cung cấp. Dọc theo hai bên băng có lắp thêm tấm chắn khi đó mặt cắt của lớp sản phẩm trên băng là một hình chữu nhật, giúp cho quá trình định lượng được chính xác. Ðể có thể tự động hoá quá trình định lượng, một hệ thống cảm biến thường được lắp để nhận biết sự thay đổi trọng lượng hoặc thể tích vật liệu trên băng. Khi trọng lượng vật liệu trên băng thay đổi, hệ thống cảm biến sẽ làm thay đổi tần số rung của một máy rung cấp liệu đặt ở cửa ra của phễu nạp liệu làmthay đổi tương ứng lượng cung cấp hoặc làm thay đổi số vòng quay của puli băng tải. 2.1.3.5. Định lƣợng từng phần. Hình 2.5 : Mô hình định lượng từng phần Định lượng từng phần là lấy từng phần vật liệu rời từ khối vật liệu ban đầu, với thể tích hoặc trọng lượng của từng phần bằng nhau. Thiết bị định lượng từng phần làm việc gián đoạn theo chu kỳ, có thể điểu khiển bằng tay kết hợp với các cơ khí hoặc điều khiển tự động nhờ các hệ thống PLC. GVHD: Ths. Thái Hoàng Linh Chương II: Cơ Sở Lý Thuyết
21. Đồ án tốt nghiệp Trang 9 2.2. Cảm biến trọng lƣợng (Loadcell). 2.2.1. Giới thiệu chung về Loadcell. Hình 2.6 : Một số Loadcell trên thị trường Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại Loadcell do các hãng sản xuất như: KUBOTA(Nhật Bản), Global (Hàn Quốc), mỗi loại Loadcell được chế tạo cho một nhu cầu riêng biệt theo tải trọng chịu đựng (chịu kéo hay chịu nén). Tùy hãng sản xuất mà các đầu dây ra có màu khác nhau, thường thì trên mỗi loadcell có dán Catologue về cách nối dây, hướng chịu lực tác dụng, điện áp ra. Loadcell có rất nhiều hình dáng, tùy vào các ứng dụng khác nhau mà ta chọn các loadcell có hình dáng khác nhau. Thông số của loadcell thường được cho trong bảng Catologue của mỗi loại, thường là các thông số về tải: tải trọng danh định, điện áp ra, điện áp danh định, khoảng nhiệt độ hoạt động cho phép, Điện áp danh định của loadcell thường rất nhỏ, ví dụ với điện áp danh định 2mV/V nếu cung cấp nguồn 1V thì điện áp ra là 2mV tương ứng với tải trọng tối đa, nếu cấp 10V thì điện áp ra sẽ là 20mV. 2.2.2. Thông số kỹ thuật cơ bản.  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.  Dải bù nhiệt độ: là khoảng nhiệt độ mà đầu ra Loadcell được bù vào, nếu nằm ngoài khoảng này, đầu ra không được đảm bảo thực hiện theo đúng chi tiết kỹ thuật được đưa ra.  Cấp bảo vệ:được đánh giá theo thang đo IP, (ví dụ: IP65: chống được độ ẩm và bụi).  Điện áp:giá trị điện áp làm việc của Loadcell (5 - 15 VDC).  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 (%F.S).  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.  Phá hủy cơ học:giá trị tải trọng mà Loadcell có thể bị phá vỡ hoặc biến dạng  Giá trị ra:kết quả đo được (đơn vị: mV).  Trở kháng đầu ra:cho dưới dạng trở kháng được đo giữa Ex+ và EX- trong điều kiện Loadcell chưa kết nối hoặc hoạt động ở chế độ không tải. GVHD: Ths. Thái Hoàng Linh Chương II: Cơ Sở Lý Thuyết
22. S K L 0 0 2 1 5 4