1. Nội dung thiết kế tốt nghiệp:
2.2.7.2. Loadcell số
a)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 tƣơng tự với công nghệ điện tử hiện đại.
Ban đầu, khi khái niệm Loadcell số mới ra đời, nhiều ngƣời hiểu lầm là các load cell số có các phần tử điện tiêu hao thấp có thể đƣợc sử dụng để chuyển đổi một load cell chất lƣợng thấp lên một Loadcell chất lƣợng cao. Thực tế thì ngƣợc 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 ổn dịnh và khả năng lặp lại rất cao trong mọi điều kiện làm việc.
- Thứ hai: Phải có một bộ chuyển đổi tƣơng tự-số (ADC) 16 đến 20 bit tốc độ cao để chuyển đổi tín hiệu điện tƣơng tự sang dạng số.
- Thứ ba: Phải có hệ vi mạch xử lý để thực hiện điều khiển toàn bộ quá trình chuyển đổi từ tín hiệu lực đo đƣợc thành dữ liệu số thể hiện trung thực nhất và giao tiếp với các thiết bị khác để trao đổi thông tin.
b) Hoạt động.
Tín hiệu điện áp từ cầu điện trở của Loadcell chính xác cao đƣợc đƣa đến đầu vào của mạch tích hợp sẵn, bao gồm cả phần khuyếch đại, bộ giải điều chế, một ADC tốc độ cao 20 bit và bộ lọc số. Một cảm biến nhiệt độ tích hợp sẵn đƣợc sử dụng để đo nhiệt độ thực của Loadcell phục vụ cho việc bù sai số do nhiệt độ. Dữ liệu từ ADC, cảm biến nhiệt độ cùng với các thuật toán trong phần mềm và một số phần cứng bổ sung tích hợp sẵn có chức năng tối ƣu hóa xử lý các sai số do không tuyến tính, bù sai đƣờng đặc tính, khả năng phục hồi trạng thái và ảnh hƣởng của nhiệt độ đƣợc vi xử lý tốc độ cao xử lý. Dữ liệu kết quả đầu ra đƣợc truyền đi xa qua cổng giao tiếp theo một giao thức nhất định. Các module điện tử này có thể đƣợc đặt ngay trong loadcell, load cell cable hoặc trong hộp junction box. Các đặc tính tới hạn của từng load cell đƣợc đặt trong EEPROM nằm trong module của Loadcell đó, điều đó cũng có nghĩa là mọi vấn đề xử lý sai số đƣợc thực hiện ngay tại load cell, với chính Loadcell đó, cũng có nghĩa là phép bù sai số đƣợc thực hiện khá triệt để.
53
Một hệ thống số điển hình bao gồm một số các Loadcell số nối với máy tính, PLC hoặc thiết bị đo nhƣ bộ hiển thị. Bên trong hệ thống, mỗi Loadcell độclập có thể đƣợc nhận dạng bằng địa chỉ làm việc của nó. Địa chỉ làm việc đó có thể đƣợc cài đặt do ngƣời lập trình thông qua một hoặc nhiều địa chỉ cung cấp bởi nhà máy. Thông thƣờng địa chỉ “0” đƣợc sử dụng nhƣ là một địa chỉ làm cho tất cả các load cell trả lời, trong khi các số nối tiếp của
Loadcell có thể đƣợc sử dụng để yêu cầu một địa chỉ xác định.
Các Loadcell số hoạt động trên một chƣơng trình điều khiển kiểuMaster/Slave, ở đó định nghĩa một thiết bị (thƣờng là PC hoặc indicator) là master trên mạng. Có hai chế độ hoạt động chính: Master giám sát tất cả cácquá trình truyền phát bằng cách giao tiếp với từng slave một cách tuần tự,hoặc master gửi dữ liệu yêu cầu các slave trả lời theo địa chỉ tuần tự. Chế độthứ nhất có ƣu điểm trong sự mềm dẻo và nắm bắt lỗi, trong khi chế độ haihƣớng đến tốc độ giao tiếp. Hầu hết các Loadcell số kết nối theo chuẩn RS485 hoặc RS422. Cả hai kiểu giao thức đều có các đặc tính tƣơng tự nhau cung cấp một môi trƣờng multi-drop. Việc giao tiếp giữa các thiết bị nối trên mạng dựa trên giao thức quy định bởi nhà sản xuất.Có lẽ điểm khác biệt quan trọng nhất giữa hệ thống Loadcell tƣơng tự và số là mặc dù nối với nhau nhƣng mỗi Loadcellsố hoạt động nhƣ là một thiết bị độc lập.
c ) Ƣu điểm và nhƣợc điểm.
Ưu điểm:
- Tín hiệu ra số “khỏe”, rất ít bị ảnh hƣởng của nhiễu điện từ hoặc thay đổi nhiệt độ thất thƣờng trên đƣờng dây cable dẫn.
- Khoảng cách dây cáp dẫn có thể kéo dài đến 1200m. - Dễ dàng thay thế Loadcell.
- Dữ liệu số có thể xử lý trực tiếp bằng máy tính, PLC hoặc trên bộ hiển thị khi cần.
- Mỗi Loadcell là một thiết bị hoạt động độc lập trong hệ thống, do đó có thể mở rộng cấu trúc dễ dàng.
- Có thể thực hiện tối ƣu hóa hệ thống dễ dàng qua phân tích từng thành phần tích hợp.
54
- Cân bằng các góc cân có thể thực hiện bằng thiết bị. Thay đổi, sửa lỗi một Loadcell không ảnh hƣởng đến các Loadcell khác. Công việc thực hiện dễ dàng và đơn giản, tiết kiệm thời gian.
- Với hệ thống yêu cầu độ chính xác vừa và thấp có thể tự động chỉnh định mà không cần tải chết.
- Loadcell có thể thay thế mà không cần chỉnh định lại.
- Các thiết bị theo chuẩn RS485/422 đều có thể tham gia vào hệ thống. - Nhiều hệ thống có thể kết nối và điều khiển bởi một trạm. Chỉ đơn giản là
mở rộng đƣờng dây cable. Tiết kiệm phần cứng. phần mềm dễ dàng phát triển.
Những ƣu điểm của hệ Loadcell số cho phép trong các ứng dụng độ chính xác cao và chống chịu nhiễu tốt, đặc biệt ở những ứng dụng yêu cầu các điểm đo nằm phân tán trên phạm vi rộng.