Thiết kế hệ thống cân ô tô tự động ứng dụng cho các nhà máy công nghiệp và các trạm kiểm định

Tuy đã được sử dụng khá rộng rãi nhưng hầu hếtcác hệ thống cân xe đều được lắp ráp từ các thiết bị có sẵn từ nước ngoài nhưloadcell, bộ hiển thị, phần tự chế tạo là bàn cân, hộp đấu nối

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ

DANH MỤC BẢNG

BẢNG KÝ HIỆU VIẾT TẮT

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG I TỔNG QUAN 2

HỆ THỐNG CÂN Ô TÔ TỰ ĐỘNG 2

1.1 Tổng quan hệ thống cân ô tô tự động 2

1.2 Tổ chức hệ thống cân ô tô tự động 2

1.2.1 Kết cấu xây dựng 3

1.2.2 Thiết bị điện 3

1.3 Nguyên lý hệ thống cân ô tô tự động 3

1.4 Phân tích ưu nhược điểm của các hệ thống cân ô tô hiện có 4

1.5 Kết luận 6

CHƯƠNG II THIẾT KẾ TRẠM CÂN Ô TÔ 7

ĐIỆN TỬ 80 TẤN 7

2.1 Thiết kế hệ thống cân ô tô 7

2.1.1 Yêu cầu của hệ thống 8

2.1.2 Yêu cầu của thiết bị 8

2.1.3 Trình tự thiết kế 8

2.1.4 Thiết kế hệ thống điều khiển 9

2.1.4.1 Thiết kế tủ điều khiển cân ô tô 9

2.1.4.1.1 Lựa chọn thiết bị 9

2.1.4.1.2 Sơ đồ mạch điều khiển 22

2.1.4.2 Thiết kế chương trình điều khiển cân ô tô 29

2.1.4.2.1 PLC và Analog EM235 29

2.1.4.2.2 Giao điện giám sát trạm cân 37

2.1.4.2.3 Kết quả mô phỏng ( Phụ lục) 42

2.2 Thiết kế hệ thống giám sát trạm cân ô tô 42

2.2.2 Lựa chọn thiết bị 42

a) Camera giám sát 42

b) Đầu ghi 43

c) Cảm biến quang 44

d) Đèn báo hiệu 44

2.2.3 Bài toán giám sát phương pháp nhận dạng biển số 45

2.2.3.1 Thuật toán viết chương trình 45

2.2.3.2 Chương trình viết trên phần mềm visual studio 2012 ( Phụ lục) 47

2.2.4 Kết quả mô phỏng 47

KẾT LUẬN 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO 49

PHỤ LỤC 50

1 Chương trình PLC 50

2 Chương trình nhận diện biển số viết trên phần mềm Visual studio 2012 61

3 Thiết bị phụ trong hệ thống 71

a) Máy bơm 71

b) Aptomat 73

c) Lựa chọn dàn máy tính, máy in 74

DANH MỤC HÌNH VẼ

Contents

Hình 1.1 Tổ chức trạm cân ô tô 2

Hình 1.2 Sơ đồ khối hệ thống cân sử dụng loadcell 4

Hình 1.3 Các loại trạm cân ô tô .6

Hình 2.1 Sơ đồ khối và bố trí hệ thống cân 7

Hình 2.2 Sơ đồ toàn hệ thống điều khiển 9

Hình 2.3 Cấu tạo của loadcell 11

Hình 2.4 Các loại loadcell và ứng dụng trong đời sống 12

Bảng 2.3 So sánh các loại loadcell thường dùng cho cân ô tô 12

Hình 2.5 Sơ đồ phân bố loadcell và phân bố lực trên bàn cân 13

Hình 2.6 Thiết kế loadcell QSA 14

Bảng 2.4 Thông số kĩ thuật loadcell QSA Keli .14

Hình 2.5 IC INA125 15

Bảng 2.6 Thông số kĩ thuật của IC INA125 15

Hình 2.8 Hộp cộng tín hiệu 16

Hình 2.9 Sơ đồ đấu dây vào hộp cộng tín hiệu 18

Hình 2.10 Dây tín hiệu 19

Hình 2.11 Thiết kế cơ khí barrier MIB 30 20

Hình 2.12 Bố trí thiết bị trên tủ điều khiển 22

Hình 2.13 Bản vẽ tủ điều khiển 23

Hình 2.14 Sơ đồ mạch động lực cấp nguồn barrier, máy bơm 24

Hình 2.15 Sơ đồ mạch động lực cấp nguồn PLC 25

Hình 2.16 Sơ đồ mạch động lực cấp nguồn đèn báo 26

Hình 2.17 Sơ đồ đấu nối vào/ra trên PLC 27

Hình 2.18 Sơ đồ đấu nối Analog EM235 28

Hình 2.19 Lưu đồ xe đi vào 36

Hình 2.20 Lưu đồ xe đi ra 37

Hình 2.21 Tag nội liên kết WinCC 39

Hình 2.22 Tao tag ngoại liên kết PLC 40

Hình 2.23 Giao diện WinCC 41

Hình 2.24 Giao tiếp PLC với Win CC 41

Hình 2.25 Camera KCESBTI6048CB. 43

Hinh 2.26 Sơ đồ kết nối camera 43

Hình 2.27 Cảm biến quang thu phát [ 6 ] 44

Hinh 2.28 Đèn báo hiệu XP, đường kính Ø 162 45

Hình 2.29 Nhận dạng ký tự bằng phương pháp SVM [ 6 ] 46

Hinh 2.30 Xác định biển số 47

DANH MỤC BẢNG

Contents

Bảng 1.1 So sánh các hệ thống cân hiện có 4

Bảng 2.1 Thông số các kiểu bàn cân .10

Bảng 2.2 So sánh ưu nhược điểm các loại bàn cân 10

Bảng 2.3 So sánh các loại loadcell thường dùng cho cân ô tô 12

Bảng 2.4 Thông số kĩ thuật loadcell QSA Keli 14

Bảng 2.5 Thông số kĩ thuật của IC INA125 15

Bảng 2.6 Thông số kĩ thuật dây tín hiệu 17

Bảng 2.7 Thông số kĩ thuật barrier MIB 30 19

Bảng 2.8 So sánh các bộ lưu điện 20

Bảng 2.9 Thông số bộ lưu điện. 21

Bảng 2.10 Phân cổng vào ra PLC 30

Bảng 2.11 Thông số kĩ thuật của CPU 224 XP 32

Bang 2.12 Thông số camera SBTI6048CB 42

Bảng 2.13 Thông số kỹ thuật KCEK4_P1600 43

BẢNG KÝ HIỆU VIẾT TẮT

DVR Digital Video Recorder Đầu ghi

UPS Uninterruptible Power

Supplier

Bộ lưu điện

LỜI NÓI ĐẦU

kỹ thuật tiên tiến ngày càng được ứng dụng nhiều hơn Hệ thống cân ô tô tự động làmột khái niệm không còn xa lạ Tuy đã được sử dụng khá rộng rãi nhưng hầu hếtcác hệ thống cân xe đều được lắp ráp từ các thiết bị có sẵn từ nước ngoài nhưloadcell, bộ hiển thị, phần tự chế tạo là bàn cân, hộp đấu nối loadcel, viết chươngtrình quản lý trạm cân Việc nắm bắt quy trình công nghệ và tự chế tạo được hệthống cân sẽ đem lại nhiều lợi ích kinh tế Với những lý do trên, em đã dựa trên

những kiến thức được học và tìm hiểu để hoàn thành đề tài “ Thiết kế hệ thống cân

ô tô tự động ứng dụng cho các nhà máy công nghiệp và các trạm kiểm định ”

Nội dung gồm những phần chính sau:

- Chương 1 : Tổng quan về hệ thống cân ô tô tự động

- Chương 2 : Thiết kế hệ thống trạm cân ô tô tự động 80 tấn

Thiết kế phần cứng hệ thống cân ô tô

Thiết kế chương trình điều khiển cân ô tô: chương trình PLC, mô phỏngWinCC

Thiết kế hệ thống giám sát cân ô tô: chương trình nhận dạng biển số trênvisual studio 2012

Trong quá trình hoàn thành để tài em gặp phải một số khó khăn về tìm tài liệu,vốn kiến thức còn hạn hẹp Để hoàn thành đề tài, em xin cảm ơn sự chỉ bảo, hướngdẫn của cô Đinh Thị Lan Anh và xin cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của anh TrầnThanh Hà, GĐ công ty Tư Vấn thiết kế công nghệ ELANI Em cũng xin chân thànhcảm ơn các các thầy cô trong Viện Điện-Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, đãcung cấp những kiến thức vô cùng quý báu cho em trong các năm học vừa qua,cũng như đã tạo điều kiện để hoàn thành đề tài đồ án

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 3 tháng 7 năm 2014

Sinh viên thực hiệnNguyễn văn Bình

CHƯƠNG I TỔNG QUAN

HỆ THỐNG CÂN Ô TÔ TỰ ĐỘNG

1.1 Tổng quan hệ thống cân ô tô tự động

- Ứng dụng hệ thống cân ô tô tự động:

Trong công nghiệp: Hiện nay ở hầu hết các nhà máy xí nghiệp trung bình,

lớn đều có các hệ thống cân ô tô điện tử -Các trạm cân này góp phần không nhỏvào quá trình sản xuất của các công ty doanh nghiệp Các hệ thống cân này giúpxác định trọng tải hàng hóa, nguyên liệu xuất nhập trong ngày một cách đơn giản,nhanh chóng, hệ thống lưu trữ dữ liệu tự động giúp doanh nghiệp quản lý thông tinchính xác, tiện lợi

Trong giao thông vận tai: Với sự ưu việt của mình (nhanh chóng, chính

xác, độ ổn định cao) các trạm cân ô tô điện tử giúp xác định chính xác khối lượngcủa xe lưu góp phần vào việc kiểm soát xe lưu thông

- Các loại hệ thống cân ô tô hiện có: các hệ thống cân ô tô hiện tại có chungnguyên lý cân Tùy theo tải trọng cân sử dụng hệ thống cân phù hợp Tuy nhiên,hầu hết hệ thống cân ô tô ở nước ta nhập khẩu nước ngoài với các thiết bị và phầnmềm chọn gói với giá thành cao và việc bảo dưỡng phức tạp Chúng ta thường làm

ở khâu lắp ráp sản phẩm vì vậy không nắm rõ yêu cầu kỹ thuật, ý nghĩa kinh tế hạnchế

Kết luận: Việc nghiên cứu nguyên lý hệ thống cân ô tô tự động từ đó tự thiết

kế, chế tạo , lập trình hệ thống sẽ đem lại nhiều lợi ích về kinh tế và thúc đẩy pháttriển kỹ thuật

1.2 Tổ chức hệ thống cân ô tô tự động

Hình 1.1 Tổ chức trạm cân ô tô.[ 6 ]

Tổ chức của trạm cân ô tô như Hình 1.1 trạm cân ô tô phục vụ công việc

xác định trọng tải xe thường được tổ chức thành các thành phần chính:

Kết cấu xây dựng: bao gồm móng cân ( xây dựng từ sắt, thép, xi măng,gạch đá…) và mặt bàn cân ( làm bằng thép hoặc bê tong )

Thiết bị điện: bao gồm cảm biến lực loadcell, bộ khuếch đại, hộp cộng tínhiệu, bảng hiển thị và các thiết bị phụ

1.2.1 Kết cấu xây dựng

a) Móng cân: là phần quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác của

cân.Móng bàn cân là phần chịu lực, tạo mặt bằng để xây lắp, thi công cân.Móng cânđảm bảo cho các thiết bị gắn trên nó được cố định chắc chắn, giảm thiểu hiện tượngrung lắc, sụt lún, chịu được tải trọng lớn

- Móng bàn cân được làm bằng kết cấu bê tông cốt thép vững chắc, được thicông phía sâu dưới lòng đất Vì là bộ phận chịu tải của cả hệ thống cân nên cácmóng cân cần có các biện pháp kĩ thuật nhằm chống sụt lún

b) Bàn cân

- Dùng làm mặt bằng để cân ô tô, bên dưới đặt các cảm biến trọng lượng để

đo trọng lượng của xe ô tô

- Được làm từ thép hoặc bê tông Phải đảm bảo độ cứng, vững để xe đi quakhông bị rung lắc, uốn cong, biến dạng ảnh hưởng tới kết quả cân

1.2.2 Thiết bị điện

a) Cảm biến trọng lượng ( loadcell )

Là thiết bị chính để đo trọng lượng của xe ô tô.Được bố trí dưới dưới gầmbàn cân, khi trọng lượng xe tác động vào, loadcell sẽ chuyển đổi trọng lượng thànhcác tín hiệu điện cung cấp cho bộ xử lý chuyển đổi thành thông số hiển thị trọnglượng của xe

1.3 Nguyên lý hệ thống cân ô tô tự động

Hình 1.2 Sơ đồ khối hệ thống cân sử dụng loadcell [ 6 ]

Khi có áp lực do tải trọng của xe tác dụng lên mặt cân, các cảm biến lực(loadcell) bị biến dạng và tạo ra tín hiệu điện.Tín hiệu điện này được truyền đến bộkhuếch đại chuẩn hóa.Tại đây tín hiệu được chuẩn hóa và khuếch đại lên thành tínhiệu tương thích dành cho bộ xử lý trung tâm Khi có áp lực do tải trọng của xe tácdụng lên mặt cân, các cảm biến lực (loadcell) bị biến dạng và tạo ra tín hiệuđiện.Tín hiệu điện này được truyền đến bộ khuếch đại chuẩn hóa Tại đây tín hiệuđược chuẩn hóa và khuếch đại lên thành tín hiệu tương thích dành cho bộ xử lýtrung tâm Bộ xử lý trung tâm nhận tín hiệu từ bộ khuếch đại chuẩn hóa, xử lý tínhiệu nhận được theo chương trình mà người sử dụng cài đặt.Sau đó các tín hiệu nàyđược chuyển đổi thành các tín hiệu điều khiển theo yêu cầu và đồng thời ra lệnh cho

khối chỉ thị hiển thị các giá trị ứng với trọng tải của xe Hình 1.2.

1.4 Phân tích ưu nhược điểm của các hệ thống cân ô tô hiện có

-Vệ sinh đơn giản,tránh được các tác động

do rác,bụi bẩn,nước úng

-Dễ dàng bảo dưỡng,kiểm tra thiết bị

-Tốn diện tích (dophải làm đường dẫnlên, xuống)

-Thẩm mỹ kém(cao hơn mặt bằngchung từ 20-50cm)

-Khả năng thoátnước kém

-Tiện lợi chonhững nơi có địahình thấp, dễngập nước

và ổn định của cân.

thoát nước, bơmnước chống ngậpúng

- Khó vệ sinh, lắpđặt thay thế và bảodưỡng

để lắp đặt loadcell)

- Ít chịu ảnh hưởng củamôi trường

- Chi phí mónghầm cao

- Dễ bị ngập úng

-Khó vệ sinh, lắpđặt và sửa chữa

- Nơi địa hìnhcao, khô ráo, ítxảy ra ngập úng

Hình 1.3a Trạm cân ô tô nổi Hình 1.3b Trạm cân ô tô

Lợi ích khi tự thiết kế, chế tạo:

- Phát huy nội lực trong nước nhằm phục vụ cho quá trình phát triển kinh tếnước nhà

- Giảm chi phí cho các doanh nghiệp mà vẫn đáp ứng đầy đủ yêu cầu côngnghệ

- Chủ động trong việc cung ứng và làm chủ kĩ thuật

CHƯƠNG II THIẾT KẾ TRẠM CÂN Ô TÔ

ĐIỆN TỬ 80 TẤN

2.1 Thiết kế hệ thống cân ô tô

Hình 2.1 Sơ đồ khối và bố trí hệ thống cân

2.1.1 Yêu cầu của hệ thống

- Hệ thống cân ô tô tự động đảm bảo yêu cầu thiết kế: Tải trọng cân 80 tấn,sai số +- 20kg

- Hệ thống hoạt động ổn định, thời gian hoạt động lâu dài

- Có khả năng tự thi công lắp đặt và sửa chữa bảo dưỡng

- Sử dụng thiết bị có tính kinh tế tiết kiệm chi phí lắp đặt và sửa chữa

2.1.2 Yêu cầu của thiết bị

- Thiết bị sử dụng đáp ứng đầy đủ tính năng cần cho hệ thống

-Thiết kế phần cứng cho trạm cân:

Thiết kế móng hệ thống cân ô tô điện tử Kích thước kết cấu phù hợp vớitrạm cân 80 tấn

Thiết kế sơ đồ mạch điện của hệ thống cân

- Lựa chọn thiết bị:

Từ thiết kế tính toán số liệu

Lựa chon thiết bị phù hợp,

b) Phần mềm

- Viết chương trình điều khiển cho hệ thống cân sử dụng PLC S7 200

- Thiết kế giao diện điều khiển hệ thống cân trên WinCC

- Viết chương trình giám sát của hệ thống cân

2.1.4 Thiết kế hệ thống điều khiển

Hình 2.2 Sơ đồ toàn hệ thống điều khiển

2.1.4.1 Thiết kế tủ điều khiển cân ô tô

2.1.4.1.1 Lựa chọn thiết bị

a) Bàn cân

Bàn cân là bộ phận thiết yếu quan trọng của một trạm cân ô tô Là bộphận chủ yếu chịu tải trọng từ ô tô Vì vậy bàn cân dù được làm từ thép hay bê tôngnhưng phải đáp ứng được các yêu cầu sau: độ bền cao, chống mài mòn cơ học, ănmòn hóa học Có nhiều kích thước bàn cân khác nhau tùy vào nhu cầu sử dụng và

Bảng 2.1 Thông số các kiểu bàn cân [ 6 ]

Bảng 2.2 So sánh ưu nhược điểm các loại bàn cân [ 6 ]

Ưu điểm Chi phí làm bàn cân rẻ 10% - 25%

Chi phí bảo dưỡng nhỏ

Hoạt động tốt trong các môi trườngkhắc nhiệt

Độ bền cao 2-3 lần( môi trườngthường),≥ 3lần( môi trường hóa chất)

Thi công nhanh

Tuổi thọ thấp hơn bàn cân bêtông

Từ Bảng 2.1 và Bảng 2.2 và từ yêu cầu của đề tài nhận thấy bàn cân thép có kích

thước 3m× 16 m là phù hợp nhất với thiết kế

b) Cảm biến trọng lượng (Loadcell)

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của loadcell Hình 2.3 Các điện trở lực căng

(strain gauges) được gắn vào bề mặt thân (ổ trục) của loadcell.Đây là một lõi thépđặc biệt có đọ cứng và độ đàn hồi cao (lõi thép này sẽ bị biến dạng khi chịu tải củavật)

4

Hình 2.3 Cấu tạo của loadcell

Loadcell hoạt động dựa trên nguyên lý của cảm biến sức căng mắc theo sơ

đồ mạch cầu cân bằng Wheatstone Mạch gồm bốn điện trở mắc nối tiếp với nhauthành một cầu điện trở.Điện áp ra của mạch cầu tăng 4 lần, sai số nhiệt độ bị loạitrừ

Khi có tải trọng hoặc lực tác động lên loadcell làm loadcell bị biến dạng,dẫn tới sự biến dạng của các điện trở lực căng trên thân loadcell dẫn đến thay đổigiá trị của các điện trở Sự thay đổi này dẫn tới điện áp đầu ra nếu có một điện ápkích thích được cung cấp cho ngõ vào của loadcell Nói cách khác loadcell đãchuyển đổi lực tác dụng thành tín hiệu điện

Khi loadcell ở trạng thái cân bằng thì R1 = R2 = R3 = R4

Thay vào biểu thức tính Ur ta dễ dàng nhận thấy lúc này Ur đã khác 0 Nếutrọng lượng tác động vào càng lớn thì cầu điện trở mất cân bằng càng lớn Từ đó tathấy điện áp ngõ ra của cầu tỷ lệ với sự thay đổi lượng thay đổi điện trở cầu mạchcầu Và sự thay đổi ngõ điện áp ra ứng với sự thay đổi điện trở của cầu là khôngtuyến tính, việc tuyến tính hóa mối quan hệ này do nhà sản xuất thực hiện và đãđược tích hợp trong loadcell

Các loại loadcell hiện có:

Hình 2.4 Các loại loadcell và ứng dụng trong đời sống [ 6 ]

Tuy hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại loadcell khác nhau nhưng cân ô tô

theo như Hình 2.4 chỉ sử dụng 3 loại phổ biến như Bảng 2.3:

Bảng 2.3 So sánh các loại loadcell thường dùng cho cân ô tô [ 6]

Loadcell uốn đơn(Single End SheerBeam)

Loadcell uốn kép(Double End SheerBeam)

Loadcell trụ(Rocker Pin)

Đánh giá

kĩ thuật

Kích thước lớn, khốilượng nặng khó lắpđặt

Kích thước nhỏ, khốilượng nhẹ, độ chínhxác ổn định cao, sai sốthấp do được bù trừ từ

2 loadcell đơn, dễ lắpđặt

Kích thước và khốilượng nhỏ, độ chínhxác phụ thuộc vàotrình độ lắp đặt, độvõng bàn cân…

Ứng dụng Hầu như không sử

dụng khi lắp mới

Được sử dụng rộng rãi,ngày càng phổ biến

Phổ biến, được sửdụng rộng rãi

Với tất cả những ưu điểm có được như Bảng 2.3 thì loadcell uốn kép là sựlựa chọn cho hệ thống cân ô tô trong đề tài

- Chọn số lượng loadcell:

Một trạm cân ô tô có thể có từ 4, 6 đến 8 loadcell tùy theo tải trọng tối đa

và thiết kế bàn cân Tuy nhiên con số này cũng không cố định, với những trạm cân

lớn ta có thể dùng 4 loadcell, và mỗi loadcell này có tải trọng cho phép tối đa lớn.Tuy nhiên, như vậy thì giá thành của loadcell sẽ lớn, và giảm tính ổn định của trạmcân (giảm tính vững chắc, gây xê dịch, võng bàn cân) Cùng với tải trọng cân ta cóthể dùng nhiều loadcell để giảm tải trọng tối đa của từng loadcell Với thiết kế nhiềuloadcell chưa chắc giá thành của trạm cân đã tăng lên, vì khi giảm tải trọng của mỗiloadcell thì giá thành của chúng cũng sẽ giảm đi.Bản thiết kế trạm cân sẽ được chọn

8 loadcell phân bố đều theo mặt bàn cân nhằm tạo độ vững trãi lớn nhất cũng như

độ võng của mặt bàn cân là nhỏ nhất Loadcell và lực phân bố trên mặt bàn cânđược thể hiện qua Hình 2.5

Hình 2.5 Sơ đồ phân bố loadcell và phân bố lực trên bàn cân

Lựa chọn 8 loadcell của cùng 1 nhà sản xuất, khi đó 8 loadcell tạo ra 8phản lực Q tương ứng bằng nhau lên 8 điểm cố định đề trên mặt bàn cân.Coi trọnglực ô tô tác dụng lên mặt bàn cân là P khi đó:

∑Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7+Q8 = P

Q1= Q2 =Q3 =Q4 =Q5 =Q6 =Q7 =Q8=P/8

Ô tô có trọng tải tối đa là 80 tấn nên 1 loadcell sẽ phải chịu 1 lực bằng 10tấn

Tính thêm trọng lượng của bàn cân và các yếu tố ngoại lực tác động vào

hệ, để đảm bảo cho hệ thống hoạt động an toàn, ổn định ta nên chọn loadcell có tảitrọng 15 tấn.Từ bảng thông số loadcell tiêu chuẩn tham khảo trên thị trường Lựa

chọn loadcell QSA Keli 15 tấn với những thông số kĩ thuật Bảng 2.4

Hình 2.6 Thiết kế loadcell QSA [ 6 ] Bảng 2.4 Thông số kĩ thuật loadcell QSA Keli [ 6 ]

c) Bộ khuếch đại tín hiệu

Điện áp đầu ra của loadcell là rất nhỏ, với các thông số kĩ thuật như trênkhi ta cấp điện áp 10V cho loadcell thì điện áp đầu ra của loadcell sẽ nằm trongkhoảng 0- 20mV Vì vậy để giảm thiểu sai số cho hệ thống ta cần khuếch đại tínhiệu điện áp này trước khi xử lý tín hiệu Sư dụng bộ khuếch đại tín hiệuINA125với thông số kỹ thuật Bảng 2.5

Để kết quả cân phản ánh chính xác nhất thì bộ khuếch đại phải đảm bảocác yếu tố sau:

- Có khả năng chống nhiễu tần số công nghiệp

Hình 2.7 IC INA125 [ 6 ] Bảng 2.5 Thông số kĩ thuật của IC INA125 [ 6 ]

d) Hộp cộng tín hiệu

Hệ thống trạm cân bao gồm nhiều loadcell khác nhau, để kết nối các loadcellchúng ta sử dụng một bộ kết nối Hình 2.7 có chức năng : Kết nối các dây tín hiệucủa các loadcell lại thành 1 dây chung để đưa về bộ xử lý Điều chỉnh độ lệch áp racủa các loadcell sao cho chúng gần giống nhau nhất nhằm đảm bảo sai lệch vị trítrên bàn cân nằm trong sai số cho phép

Với thiết kế cân điện tử gồm 8 loadcell, lựa chọn hộp nối dây 8 đầu vàoKeli- Trung Quốc với các đặc tính sau:

- Vỏ bằng inox hoạt động tốt trong môi trường khắc nhiệt

- Dây tín hiệu được bảo vệ bằng hệ thống ống sắt

- Cấp bảo vệ đoạt chuẩn IP 68

Hình 2.8 Hộp cộng tín hiệu

loadcell, điệ trở 2.2k nhằm loại bỏ ảnh hưởng điện trở của bản thân dây dẫnloadcell Điện trở dây dẫn bao gồm điện trở của dây và điện trở của các mối nối

Dây tín hiệu Hình 2.10 dùng để kết nối tín hiệu từ hộp nối dây tới PLC, máy

tính hoặc các thiết bị khác.Gồm 2 loại: loại 6 lõi và loại 4 lõi, thông thường haydùng loại 4 lõi

Bảng 2.6 Thông số kĩ thuật dây tín hiệu

Hình 2.9 Sơ đồ đấu dây vào hộp cộng tín hiệu

Hình 2.10 a) Dây tín hiệu b) Lõi dây tín hiệu

Bảng 2.7 Thông số kĩ thuật barrier MIB 30 [ 1]

Hình 2.11 Thiết kế cơ khí barrier MIB 30

f) Bộ lưu điện UPS

Bộ lưu điện UPS là hệ thống nguồn cung cấp liên tục hay đơn giản hơn là bộ

- Điện áp ra hoàn toàn hình SIN và thời gianchuyển mạch gần như bằng 0

UPS

offline

Khi có nguồn điện

lưới UPS sẽ cho

điện lưới thẳng tới

Như vậy theo Bảng 2.8, UPS phù hợp nhất với đề tài là loại UPS

offline, nguồn dòng lớn, không đòi hỏi đọ chính xác cao , đơn giản.Theo như tínhtoán công suất ở phần lựachọn aptomat thì Pmax của hệ thống bằng 867W,và trong hệthống máy bơm, máy tính, máy in là những thiết bị có dòng khởi động lớn vì vậy tacần chọn bộ lưu điện có công suất gấp 2-2.5 lần công suất tổng của hệ thống VậyPUPS= Pmaxx 2.5=2167W

Ta nên chọn bộ UPS có công suất 2500VA để tránh quá tải cho hệ thốngkhi lắp thêm một vài linh kiện mở rộng nếu có Sau khi tham khảo nhóm chúng em

Bộ lưu điện upselec 2500VA Offline với các thông số Bảng 2.9.

Bảng 2.9 Thông số bộ lưu điện [ 1 ]

Lựa chọn Acquy cho bộ lưu điện:

Ah=T ×W V × df=60× 0.7 5× 867= 103.2Ah (theo giaiphappc.vn ) Trong đó Ah là dung lượng bình acquy

T là thời gian cần có điện của hệ thống (giả sử chọn 5h)

V là hiệu điện thế của mạch nạp bình acquy(số bình×12 V)

df là hiệu suất của bộ lưu điện (thường là 0.7;0.8)

Chọn 5 bình acquy 12v để lưu điện ta được

Ah=60× 0.7 5× 867= 103.2Ah

Vậy cần 5 bình acquy 120Ah/12V để đảm bảo yêu cầu

2.1.4.1.2 Sơ đồ mạch điều khiển

a) Tủ trung tâm

Hình 2.12 Bố trí thiết bị trên tủ điều khiển

Hình 2.13 Bản vẽ tủ điều khiển

a) Tủ động lực

Hình 2.14 Sơ đồ mạch động lực cấp nguồn barrier, máy bơm

Hình 2.15 Sơ đồ mạch động lực cấp nguồn PLC

Hình 2.16 Sơ đồ mạch động lực cấp nguồn đèn báo

c) Tủ PLC với analog

Hình 2.17 Sơ đồ đấu nối vào/ra trên PLC

Hình 2.18 Sơ đồ đấu nối Analog EM235

Các thành phần của module analog EM235:

Các đầu nối của đầu ra

vào và độ phân giải

Kết luận: Những thiết bị phần cứng đã lựa chon phù hợp với yêu cầu

của hệ thống cân ô tô tự động Lựa chon thiết bị với tiêu chí đáp ứng các yêu cầu hệthống không lãng phí đầu tư

2.1.4.2 Thiết kế chương trình điều khiển cân ô tô

2.1.4.2.1 PLC và Analog EM235

a) Tổng quan về PLC S7-200 [4]

Khái niệm: Thiết bị điều khiển logic khả trình (Programmable Logic

Control) viết tắt là PLC, là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toánđiều khiển số thông qua 1 ngôn ngữ lập trình thay cho việc phải thể hiện thuật toán

đó bằng mạch số.mS7-200 là thiết bị điều khiển logic lập trình loại nhỏ của hãngSiemens, có cấu trúc theo kiểu module và có các module mở rộng Các module nàyđươc sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác nhau

- S7-200 thuộc nhóm PLC loại nhỏ, quản lý một số lượng đầu vào/ra tươngđối ít

- Có từ 6 đầu vào/ 4 đầu ra số (CPU221) đến 24 đầu vào/ 16 đầu ra số(CPU226) Có thể mở rộng các đầu vào/ra số bằng các module mở rộng

- Kiểu đầu vào IEC 1131-2 hoặc SIMATIC Đầu vào sử dụng mức điện áp24VDC, thích hợp với các cảm biến

- Có 2 kiểu ngõ ra là Relay và Transitor cấp dòng

- Tích hợp sẵn cổng Profibus hay sử dụng một module mở rộng, cho phéptham gia vào mạng Profibus như một Slave thông minh

- Có cổng truyền thông nối tiếp RS485 vơi đầu nối 9 chân Tốc độ truyềncho máy lập trình kiểu PPI là 9600 bauds, theo kiểu tự do là 300 – 38.400 bauds

- Tập lệnh có đủ lệnh bit logic, so sánh, bộ đếm, dịch/quay thanh ghi, timercho phép lập trình điều khiển Logic dễ dàng

b) Chương trình PLC cho hệ thống trạm cân

- Phân cổng vào ra:

Dòng PLC S7-200 có hai họ là 21X ( loại cũ ) và 22X ( loại mới ), trong đó

họ 21X không còn sản xuất nữa Họ 21X có các đời sau: 210, 212, 214, 215-2DP,216; họ 22X có các đời sau: 221, 222, 224, 224XP, 226, 226XM…

Trong thiết kế đề tài, sử dụng trực tiếp tín hiệu của loadcell sau khi được

xử lý (tín hiệu analog) để đưa vào PLC xử lý, vì vậy khi chọn thiết bị PLC ta phảichọn dòng CPU có cổng vào analog

Sau khi xem qua bảng thống số kĩ thuật các modul PLC S7-200 và từ thựctiễn yêu cầu của đề tài chọn mudul CPU 224XP với các thông số kĩ thuật chính sau:

Bảng 2.11 Thông số kĩ thuật của CPU 224 XP [ 6]

chương trình

Dữliệubộnhớ

cao

Đồnghồthờigianthực

CổnggiaotiếpChạy

10240Bytes

4-30Hz

20Hz

3-Xâydựngbêntrong

2 485

RS Modul analog EM235 [3]

Chuyển đổi tín hiệu điện thành tín hiệu số đưa vào PLC

Thời gian chuyển đổi ngắn.

Không cần bộ khuếch đại khi kết nối cảm biến

Thực hiện được các công việc phức tạp

+ Cài đặt thông số:

Chọn dãy điện áp trong giới hạn 0V ÷ 10V cho EM235, bật công tắc trênmodule theo các vị trí đã được ấn định tương ứng với từng dãy điện áp đàu và độphân giải của tín hiệu theo bảng dưới đây

+ Cách truy xuất dữ liệu vào/ra analog của các Module EM235:

Do dữ liệu dung để lưu trữ giá trị Analog(nhiệt độ, áp suất, trọng lượng ) có

độ dài 16bit (một WORD, hai Byte), do đó khi truy xuất địa chỉ của ngõ vào Analog

ta cần chú ý địa chỉ phải cách nhau2 Byte( AIW0, AIW2,AIW4 )

Modul Analog Input của s7 – 200 chuyển dải tín hiệu đầu vào (áp, dòng) thànhgiá trị số từ 0 ÷ 32000

- Đối với dải tín hiệu đô đối xứng ( Ví dụ ± 10V, ± 10mA) :

MSB

LSB

15 4 3 2 10

I sh−I sl x ( I v −I sl)+O sl

Với yêu cầu đề tài yêu câu:

Ta có phương trình đường thẳng tìm được:

-Xe đi ra: Hệ thống bắt đầu hoạt động khi xe đi ra: cảm biến xe ra xác định

sự có mặt của xe Đèn ra đỏ sáng, barrier 2 bắt đầu mở ( thời gian mở 5s); barrier 2

mở hết, đèn xanh ra bật sáng Xe di chuyển lên bàn cân (thời gian chờ :barrier 2dừng 10s), xe vào bàn cân, barrier 2 đóng lai ( thòi gian đóng 5s) Ấn cân xe, chạychương trình: chụp biển số, đọc cảm biến, tính toán trọng lượng, in phiếu Đèn ra

đỏ, barrier 1 bắt đầu mở (thời gian mở 5s); barrier 1 mở hết, đèn xanh ra bật sáng

Xe di chuyển ra ngoài ( barrier 1 dừng 10s, đóng lại hết 5s) , reset lại hệ thống.Dừng

ĐS

Chụp biển số xe Đọc cảm biến loadcell

Tính toán trọng lượng.Hiển thị kết quả In phiếu

Ấn cân xe

Khởi động chương trình

Xe vào bàn cân

T ≥ 5s