Hệ thống cân tải trọng ô tô

1.1.Dải cân ( 0- 50 tấn). 1.2.Bàn cân bằng kim loại. 1.3.Sai số của phép đo là 0,1% 2.Yêu cầu: 2.1. Trình bày tổng quan về công nghệ cân kiểm tải trọng oto? 2.2. Mô tả nguyên lý vận hành hệ thống? 2.3. Liệt kê các cảm biến có trong hệ thống 2.4. Các phương án lựa chọn cảm biến cho hệ thống? 2.5. Trình bày về loại cảm biến lựa chọn?(chi tiết) 2.6. Thiết kế vị trí lắp đặt, cảm biến và tính toán, xử lý, đo tín hiệu đầu ra của cảm biến để tác động đến các đối tượng điều khiển?

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI

Đề tài 3: Hệ thống cân tải trọng ô tô

Yêu cầu của đề tài

1 Giới hạn điều kiện:

1.1 Dải cân ( 0- 50 tấn).

1.2 Bàn cân bằng kim loại.

1.3 Sai số của phép đo là 0,1%

2 Yêu cầu:

2.1 Trình bày tổng quan về công nghệ cân kiểm tải trọng oto?

2.2 Mô tả nguyên lý vận hành hệ thống?

2.3 Liệt kê các cảm biến có trong hệ thống

2.4 Các phương án lựa chọn cảm biến cho hệ thống?

2.5 Trình bày về loại cảm biến lựa chọn?(chi tiết)

2.6 Thiết kế vị trí lắp đặt, cảm biến và tính toán, xử lý, đo tín hiệu đầu ra của

cảm biến để tác động đến các đối tượng điều khiển?

2.7 Đánh giá về sai số của hệ thống ( giới hạn, nguyên nhân biện pháp khắc

phục)

3 YÊU CẦU CHUNG

3.1 Bìa gồm:

- Tên đề tài

- Danh sách SV trong nhóm

- Tên GV hướng dẫn

3.2 Đầu quyển có nội dung giao đề tài( Phiếu giao đề tài)- Và hướng dẫn về yêu cầu chung về Bố cục trình bày

3.3 Giả sử các hệ thống trên đều nối với thiết bị điều khiển là PLC S7-1200 1214C DC/DC/DC (có 14 DI (Digital Input) cổng nhận tín hiệu vào 24V DC, 2 AI(Analog input) cổng nhận tín hiệu vào 0-10VDC, 10 DO tín hiệu ra 24VDC)

Nêu cách thực hiện ghép nối giữa các cảm biến đã chọn với PLC trên, vẽ sơ đồ nối dây

I Bố cục trình bày theo hướng dẫn sau:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống thiết kế

Chương 2: Nội dung thực hiện

2.1- Yêu cầu của đề tài

2.2- Các hướng giải quyết

2.3- Lý do lựa chọn cho thiết kế

2.4- Tính chọn thiết bị

3.1- Các kết quả đạt được.

3.2- Các hạn chế khi thực hiện

3.3- Biện pháp khắc phục

Mục lục

Tài liệu tham khảo

3.5 Phông chữ sử dụng trong báo cáo: Times New Roman-14

3.6 Không được phép sao chép coppy bài tập lớn của bất kì nhóm nào

• Hình vẽ ghi tên ký hiệu hình đầy đủ

• Mỗi nhóm in 1 bản nộp, và in 1 mặt trên giấy A4

• Lớp trưởng tổng hợp file mềm của các nhóm và nộp cho GV

3.7 Thời gian nộp :

Xem lịch thi trên qlcl.

Địa điểm nộp và vấn đáp tại tầng 5-A7.

MỤC LỤC

1.1 Khái niệm và cấu tạo cơ bản của hệ thống cân ô tô 9

a Khái niệm 9

b Cấu tạo cơ bản của hệ ô tô 9

1.2 Phân loại 10

1.3 Tiêu chí khi chọn cân ô tô 12

a Loại cân 12

b Độ chính xác 12

c Độ ổn định 12

d Độ bền 13

2.1 Nguyên lý vận hành hệ thống 14

2.2 Các loại cảm biến có trong hệ thống 14

a Phân loại theo phương hướng lực tác dụng 14

b Phân loại theo hình dạng của loadcell 15

c Phân loại theo dạng tín hiệu truyền nhận 16

2.3 Các phương án lựa chọn cho cảm biến hệ thống 16

2.4 Nguyên lý hoạt động và số lượng loadcell 18

a Nguyên lý hoạt động của loadcel 18

b Chọn số lượng load cell 23

2.5 Thiết kế vị trí lắp đặt, cảm biến và tính toán 23

a Danh mục các thiết bị 23

b Chi tiết về thiết bị sử dụng 24

c Mô hình hệ thống 31

d Sơ đồ đấu dây 32

2.6 Đánh giá sai số hệ thống 33

b Nguyên nhân sai số 33

c Biện pháp khắc phục 33

3.1 Các kết quả đạt được 34

a Với bài làm: 34

b Với bản thân 34

3.2 Các hạn chế khi thực hiện 34

3.3 Biện pháp khắc phục 34

MỤC LỤC HÌNH

Hình 1.1.a Móng cân sau khi hoàn thành 9

Hình 1.1.b Mặt cân ô tô 10

Hình 1.2.a Cân nổi 10

Hình 1.2.b Cân chìm 11

Hình 1.2.c Cân nửa chìm 11

Hình 2.2.a loadcell dạng nén 15

Hình 2.2.b Loadcell dạng uốn 15

Hình 2.2.c Loadcell cầu bi 16

Hình 2.4.a Cấu tạo loadcell 18

Hình 2.4.b Nguyên lý hoạt động loadcell a 19

Hình 2.4.c Nguyên lý hoạt động của loadcell b 20

Hình 2.4.d Cách đặt Strain gauge 21

Hình 2.4.e Sự thay đổi điện trở khi tác động lực 22

Hình 2.4.f Các loại strain gauge 22

Hình 2.5.a Mặt bàn cân thép 24

Hình 2.5.b Bộ chỉ thị 25

Hình 2.5.c Hộp nối tín hiệu 26

Hình 2.5.d Cáp loadcell 27

Hình 2.5.e Bảng hiển thị 27

Hình 2.5.f Máy in 28

Hình 2.5.g Máy plc 29

Hình 2.5.h Chuông báo 30

Hình 2.5.i Loadcell ZSF 30

Hình 2.5.m Mô hình hệ thống 31

Hình 2.5.n Sơ đồ đấu dây 31

Hình 2.5.o Màn hình hiển thị HMI……… 32

Lời nói đầu

Trước đây, hệ thống cân cơ học được sử dụng trong doanh nghiệp chỉ cho kết quảđịnh lượng mang tính “gần” hoặc “xấp xỉ” với những mức sai số lớn khiến cho lợinhuận ít nhiều bị ảnh hưởng Bên cạnh đó, cân cơ học thực hiện quá trình cân đocũng mất nhiều thời gian và khó khăn hơn, nhất là khi cần cân đo khối lượng hànghóa lớn do ô tô chuyên chở Chúng ta sẽ hoàn toàn yên tâm với hệ thốngcân điệntử vì nó sẽ khắc phục tất cả những nhược điểm của cân cơ học Hiện nay, hầu hếtcân ô tô đều đạt cấp chính xác 3 theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN hay Class 3 theotiêu chuẩn quốc tế OIML được đảm bảo cho số liệu cân chính xác với sai số rấtnhỏ Đặc biệt, khi cân ô tô điện tử được kết nối với những phần mềm quản lý trạmcân tự động sẽ giúp quá trình cân đo nhanh chóng, chính xác và dễ dàng hơn gấpnhiều lần

Tình trạng phương tiện chở quá tải đang là một trong những vấn đề bức xúc trong

dư luận Không chỉ không bảo đảm an toàn khi tham gia giao thông, phương tiệnchở quá tải còn là "thủ phạm" chính phá hoại đường xá Do vậy để bảo vệ lợi íchquốc gia các doanh nghiệp cũng cần trang bị hệ thống cân

Dưới đây là phần trình bày đề tài về hệ thống cân tải trọng ô tô do nhóm chúng emthực hiện Do kiến thức còn nhiều hạn chế nên sẽ không khỏi tránh được nhữngthiếu sót, vì vậy chúng em mong sẽ nhận được những nhận xét và ý kiến từ phíathầy cô

Chương 1 : Tổng quan về hệ thống cân kiểm tải ô tô

1.1 Khái niệm và cấu tạo cơ bản của hệ thống cân ô tô.

a Khái niệm.

Cân ô tô là hệ thống được sử dụng để có thể kiểm tra chính xác được hàng hóacũng như trọng lượng xe ô tô

b Cấu tạo cơ bản của hệ ô tô.

Cân ô tô được cấu tạo từ 3 phần cơ bản:

• Móng trạm cân ( Được xây từ bê tông cốt thép)

Vì ô tô có khối lượng rất lớn nên móng trạm cân phải được xây dựng trên nềnchắc chắn, quá trình xây dựng phải đảm bảo kỹ thuật

Hình 1.1.a Móng cân sau khi hoàn thành

• Phần mặt cân hay còn gọi là bàn cân

Được làm từ sắt hợp kim hoặc thép hoặc bê tông cốt thép có độ cứng cao, chịuđược áp lức và tác động lớn, bề mặt phải có độ nhám chống trượt tốt

Ngoài ra mặt cân bằng kim loại còn được sơn một lớp sơn không chỉ tạo thẩm

mỹ mà còn ngăn chặn quá trình oxi hóa

Hình 1.1.b Mặt cân ô tô

• Phần thiết bị điện cho trạm cân ( Bao gồm các cảm biến, đèn led, bộ hiển thị,

…)

1.2 Phân loại.

Hiện nay cân ô tô gồm có 3 loại:

• Cân nổi (Pitless Type)

Hình 1.2.a Cân nổi

• Cân chìm (Pit Type)

Hình 1.2.b Cân chìm

• Kiểu cân nửa chìm (Semi Pit Type)

Hình 1.2.c Cân nửa chìm

Mỗi loại cân có những ưu nhược điểm riêng và tùy theo đặc thù của doanh nghiệp

và nhu cầu sử dụng mà chọn loại cân phù hợp

1.3 Tiêu chí khi chọn cân ô tô.

Có 4 tiêu chí quan trọng nhất khi chọn cân ô tô gồm: Loại cân, độ chính xác, độ ổnđịnh và tuổi thọ của hệ thống cân ô tô

Cân ô tô lắp đặt chìm và kiểu nửa chìm: Phù hợp diện tích mặt bằng hẹp hoặctrung bình vì loại cân này chiếm ít diện tích do móng cân nằm dưới mặt đất, tínhthẩm mỹ cao hơn so với cân ô tô lắp đặt nổi Tuy nhiên, 2 loại cân này có nhữngnhược điểm như khó lắp đặt, hiệu chỉnh, vệ sinh, sửa chữa; khả năng thoát nướckém, dễ bị ngập cân; chịu ảnh hưởng của môi trường kém hơn và chi phí móng câncao

Cân ô tô sau khi lắp đặt phải đảm bảo có độ chính xác, ổn định trong thời gianvận hành lâu dài

Các thiết bị thiết bị điện tử của cân như: loadcell, indicator được lắp ghép đồng bộ

sẽ đảm bảo chính xác tuyệt đối vế tín hiệu kết nối Trường hợp sử dụng các thiết bịcủa các hãng khác nhau sẽ có nhiều hạn chế như: làm việc không ổn định, tuổi thọkhông cao, cấp chính xác thấp và không đảm bảo an toàn về mặt quản lý các dữliệu trong quá trính cân

d Độ bền

Cân ô tô là tài sản có giá trị cao, độ chính xác của nó quyết định một phần sự tintưởng lẫn nhau giữa các bên giao nhận hàng hoá Tuổi thọ của cân thường trên 10năm Tuổi thọ này phụ thuộc vào tuổi thọ thiết bị, môi trường và trình độ của ngườivận hành

Thời gian bảo hành của các nhà cung cấp cân tốt thường là 24 tháng

Chương 2: Nội dung thực hiện

2.1 Nguyên lý vận hành hệ thống.

Cân ô tô hoạt động theo nguyên lý chuyển đổi tín hiệu điện thành tín hiệu số, khi

ô tô đi chuyển lên bàn cân thì ngay lập tức các cảm biến trọng lượng (Loadcells) sẽnhận và biến đổi trọng lượng thành tín hiệu điện rồi truyền đi thông qua hộp nốidây

Hộp nối dây còn đóng vai trò là đầu nối nhiều tín hiệu cảu loadcells lại thành một,tức là các tín hiệu từ các loadcells sẽ được cộng lại và chia trung bình để tìm rakhối lượng của xe

Tín hiệu từ loadcells sẽ được đầu hiển thị (đầu cân) tiếp nhận và giải mã thành dữliệu theo dạng số liệu, hệ thống sẽ được kết nối với máy tính có cài phần mềm

quản lý dữ liệu, vì vậy có thể in ngay phiếu cân xe khi qua bàn cân, tập hợp, thống

kê, tính toán số liệu cân một cách chính xác, nhanh chóng

2.2 Các loại cảm biến có trong hệ thống.

Loadcell cảm biến là bộ phận rất quan trọng trong cân ô tô điện tử, có nhiệm vụnhận và xử lý trọng lượng thành con số

Loadcell trong hệ thống cân ô tô được phân loại theo nhiều cách khác nhau, mỗiloại đều có đặc điểm riêng

a Phân loại theo phương hướng lực tác dụng

• Loadcell dạng nén

Hình 2.2.a loadcell dạng nén

• Loadcell dạng uốn

Hình 2.2.c Loadcell cầu bi c.Phân loại theo dạng tín hiệu truyền nhận

• Loadcell analog - tín hiệu tương tự

• Loadcell digital – tín hiệu số

2.3 Các phương án lựa chọn cho cảm biến hệ thống

Khi lựa chọn loadcell cho hệ thống cân ô tô chúng ta không chỉ quan tâm tới chấtlượng của nó mà còn phải dựa trên ưu nhược điểm của mỗi loại loadcell và điềukiện ngoài để đưa ra sự chọn lựa thích hợp Ví dụ : Loadcell thanh có khối lượnglớn và khó lắp đặt nên rất ít được sử dụng; loadcell trụ nhỏ gọn dễ lắp đặt nên rấtphổ biến, tuy nhiên lại có độ chính xác thấp do phụ thuộc vào nhiều yếu tố;loadcell cầu bi khắc phục được nhược điểm của 2 loại trên có độ chính xác cao.Ngoài ra, chúng ta còn phải lựa chọn giữa loadcell digital và loadcell analog, đặcđiểm của hai loại trên được tổng hợp qua bảng dưới đây

Công nghệ Loadcell Loadcell Analog Loadcell Digital

Tự động điều chỉnh các

thông số

Hoạt động tốt khi Phải có đủ các loadcell Thiếu 1 vẫn hoạt động tốt

Sau khi lựa chọn loại loadcell ta cần tính toán lựa chọn số lượng loadcell cho phùhợp, số lượng loadcell phụ thuộc vào dải cân thiết kế và maximum của loạiloadcell dã chọn

Yêu cầu đề tài:

 Dải cân ( 0 – 50 tấn)

 Bàn cân bằng kim loại

 Sai số của phép đo là 0.1 %

Căn cứ vào yêu cầu của đề tài chúng em tính chọn thiết bị và loại loadcell sẽ lẽloadcell trụ vì đây là loại rất phổ biến trong hiện nay, dễ lắp đạt và dễ thiết kế thaythế và khắc phục rất dễ dàng nếu xảy ra vấn đề

2.4 Nguyên lý hoạt động và số lượng loadcell

a Nguyên lý hoạt động của loadcel

Cấu tạo chính của loadcell gồm các điện trở strain gauges R1, R2, R3, R4 kết nốithành 1 cầu điện trở Wheatstone như hình dưới và được dán vào bề mặt của thânloadcell

Hình 2.4.a Cấu tạo loadcell

Một điện áp kích thích được cung cấp cho ngõ vào loadcell (2 góc (1) và (4) củacầu điện trở Wheatstone) và điện áp tín hiệu ra được đo giữa hai góckhác

Tại trạng thái cân bằng (trạng thái không tải), điện áp tín hiệu ra là số không hoặcgần bằng không khi bốn điện trở được gắn phù hợp về giá trị

Đó là lý do tại sao cầu điện trở Wheatstone còn được gọi là một mạch cầu cânbằng

Hình 2.4.b Nguyên lý hoạt động loadcell a

Khi có tải trọng hoặc lực tác động lên thân loadcell làm cho thân loadcell bị biếndạng (giãn hoặc nén), điều đó dẫn tới sự thay đổi chiều dài và tiết diện của các sợikim loại của điện trở strain gauges dán trên thân loadcell dẫn đến một sự thay đổi

giá trị của các điện trở strain gauges Sự thay đổi này dẫn tới sự thay đổi trong điệnáp đầu ra.

Hình 2.4.c Nguyên lý hoạt động của loadcell b

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

Strain gauge là thành phần cấu tạo chính của loadcell, nó bao gồm một sợi dâykim loại mảnh đặt trên một tấm cách điện đàn hồi

Để tăng chiều dài của dây điện trở strain gauge, người ta đặt chúng theo hìnhziczac, mục đích là để tăng độ biến dạng khi bị lực tác dụng qua đó tăng độ chínhxác của thiết bị cảm biến sử dụng strain gauge

Hình 2.4.d Cách đặt Strain gauge

Trong đó :

R= Điện trở strain gauge (Ohm)

L = Chiều dài của sợi kim loại strain gauge (m)

S = Tiết diện của sợi kim loại strain gauge (m2)

r= Điện trở suất vật liệu của sợi kim loại strain gauge

Quá trình tác động lực :

• Khi dây kim loại bị lực tác động sẽ thay đổi điện trở

• Khi dây bị lực nén, chiều dài strain gauge giảm, điện trở sẽ giảm xuống

• Khi dây bi kéo dãn, chiều dài strain gauge tăng, điện trở sẽ tăng lên

• Điện trở thay đổi tỷ lệ với lực tác động

Hình 2.4.e Sự thay đổi điện trở khi tác động lực

Hầu hết các nhà sản xuất strain gauge cung cấp nhiều loại strain gauge khác nhau để phù hợp với các sản phẩm loadcell khác nhau, các ứng dụng trong nghiên cứu

và công nghiệp dự án khác nhau

Hình 2.4.f Các loại strain gauge

Họ cũng cung cấp tất cả các phụ kiện cần thiết bao gồm công cụ chuẩn bị, vật liệu, chất kết dính liên kết, cáp,

Công việc gắn kết các strain gauge đòi hỏi kỹ năng, sự tỉ mỉ, cẩn thận và các khóa

b Chọn số lượng load cell

Vì mỗi loadcell trụ có sai số nhiều hơn các loại khác nên nhóm sẽ chọn 8 loadcell

2.5 Thiết kế vị trí lắp đặt, cảm biến và tính toán

a Danh mục các thiết bị.

• Bộ cảm biến lực Loadcell: Gồm 8 Loadcell

• Cáp chống nhiễu

• 1 hộp nối dây Junction Box

• 1 đầu cân Indicator

• 1 bảng đèn Led hiển thị

• 1 bộ PLC và máy in

• 1 bàn cân thép

Cảm biến lực Cảm biến áp lực trọng tải xe và truyền tín hiệu về

đầu cân

1 bộ 8Loadcell

Đầu cân Nhận tín hiệu từ bộ cảm biến và xử lí, hiện thị thông

số, truyền dữ liệu vào plc

1

Bàn cân thép Là nơi lắp đặt cảm biến và chịu tải trọng xe 1

Bộ PLC và máy

in

Điều hành, quản lí, lưu trữ và in phiêu cấn 1

b Chi tiết về thiết bị sử dụng

• Mặt bàn cân 3x12m, bàn cân thép

Hình 2.5.a Mặt bàn cân thép

Đặc tính kỹ thuật:

 Cân đạt cấp chính xác III theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN4988-89 hay ClassIII theo tiêu chuẩn quốc tế OIML-R76

 Cân đặt chìm hoặc nổi tùy theo diện tích và mục đích sử dụng

 Mức cân max : 20 tấn, 40 tấn, 60 tấn, 80 tấn, 100 tấn

 Phân độ chia : 10 kg, 20kg

 Bàn cân thiết kế sử dụng đặc biệt để phù hợp với tình trạng cân xe ô tô chởquá tải ở Việt Nam

 Thiết kế gồm 01 modul, 02 modul ghép lại lắp đặt nhanh chóng và dể dàng,