- Khảo sát đặc tính ra của hệ khi cho tín hiệu đặt thay đổi theo yêu cầu công nghệ của hệ thống quấn băng vật liệu với tốc độ của động cơ giảm dần và
PHỤ LỤC 1 Giới thiệu các bộ đo lực căng băng vật liệu
1. Giới thiệu các bộ đo lực căng băng vật liệu
Để đo lực căng của băng vật liệu trong các công nghệ sản xuất hiện nay thƣờng sử dụng hai dạng đo đó là:
- - Đo trực tiếp lực căng trên dải băng đang chuyển động dùng cảm biến lực căng (Load cell) dạng con lăn.
Hình pl1: Đo lực căng trực tiếp bằng loadcell
- Đo lực căng gián tiếp thông qua cơ cấu gồm con lăn, trục khuỷu (gọi là con lăn nhảy - dancer roll) và cảm biến vị trí. Khi lực căng thay đổi thì góc quay trục khuỷu thay đổi từ đó suy ra đƣợc lực căng tƣơng ứng.
Hình pl2: Đo lực căng gián tiếp bằng con lăn nhảy dancer
Trong luận văn này, hệ thống được khảo sát sử dụng loadcell để đo lực căng của dãi băng vật liệu, sau đây giới thiệu về cấu tạo và nguyên lý hoạt đông một số loại loadcell chuyên dùng trong hệ thống tháo-quấn băng vật liệu.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 84 - Chuyên ngành: Tự động hóa
Hình pl4: Cấu tạo loadcell tương tự
2.Giới thiệu cảm biến đo lực căng (Load cell) Load cell tƣơng tự là cảm
biến sức căng, biến đổi lực căng thành tín hiệu điện. Tín hiệu này đƣợc chuyển thành thông tin hữu ích nhờ các thiết bị đo lƣờng nhƣ bộ chỉ thị. Các thiết bị đo lƣờng hoặc bộ hiển thị khuyếch đại tín hiệu điện đƣa về, qua chuyển đổi ADC, vi xử lý với phần mềm tích hợp sẵn thực hiện tính toán chỉnh định và đƣa kết quả đọc đƣợc lên màn hình. Đa phần các thiết bị hay bộ hiển thị hiện đại đều cho phép giao tiếp với các thiết bị ngoài khác nhƣ máy tính hoặc máy in.
Những load cell này hoạt động trên nguyên lý cầu điện trở cân bằng cầu Wheatstone. Giá trị lực tác dụng tỉ lệ với sự thay đổi điện trở cảm ứng trong cầu điện trở, và do đó trả về tín hiệu điện áp tỉ lệ. Ƣu điểm chính của công nghệ này
là xuất phát từ yêu cầu thực tế, với những tham số xác định trƣớc, sẽ có các sản phẩm thiết kế phù hợp cho từng ứng dụng của ngƣời dùng. ở đó các phần tử cảm ứng có kích thƣớc và hình dạng khác nhau phù hợp với yêu cầu của ứng dụng. Các dạng phổ biến: dạng kéo (shear), dạng uốn (bending), dạng nén (compression)...
Hình pl3: Mô hình sử dụng Loadcell đo lực căng băng vật liệu
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 85 - Chuyên ngành: Tự động hóa
Bộ bảo vệ giao tiếp bằng quang
Bộ lọc EMC Bộ lọc EMC Giao tiếp Vi xử lý EEPROM Cảm biến phụ Bộ A/D Cầu điện trở Nguồn điện Hình pl5: Cấu trúc loadcell số
Tuy nhiên, khó khăn gặp phải ngay từ buổi đầu của các hệ thống này là tín hiệu điện áp đầu ra của load cell rất nhỏ (thƣờng không quá 30mV). Những tín hiệu nhỏ nhƣ vậy dễ dàng bị ảnh
hƣởng của nhiều loại nhiễu trong công nghiệp nhƣ:
- Nhiễu điện từ: Sinh ra bởi quá trình truyền phát các tín hiệu điện trong môi trƣờng xung quanh, truyền phát tín hiệu vô tuyến điện trong không gian hoặc do quá trình đóng cắt của các thiết bị chuyển mạch công suất lớn...
- Sự thay đổi điện trở dây cáp dẫn tín hiệu: Do thay đổi thất thƣờng của nhiệt độ môi trƣờng tác động lên dây cáp truyền dẫn.
Do đó, để hệ thống chính
xác thì càng rút ngắn khoảng cách giữa load cell với thiết bị đo lƣờng càng tốt. Cách giải quyết thông thƣờng vẫn dùng là giảm thiểu dung sai đầu ra của load cell. Tuy nhiên giới hạn của công nghệ không cho phép vƣợt quá con số mong muốn quá nhỏ.
Với khả năng có thể kết hợp giữa công nghệ điện tử hiện đại với các thành phần đo cơ bản, từ đó chế tạo nên loại load cell số. Mỗi load cell số đơn giản cũng mang trong nó một cấu trúc khá phức tạp. Thứ nhất, phải có một load cell cơ bản với độ chính xác, độ ổn định 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 chính xác nhất và giao tiếp với các thiết bị khác để trao đổi thông
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 86 - Chuyên ngành: Tự động hóa
tin. Tín hiệu điện áp từ cầu điện trở của load cell 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 load cell 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 load cell, 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 load cell đó, điều đó cũng có nghĩa là mọi vấn đề xử lý sai số đƣợc thực hiện ngay tại load cell, với chính load cell đó, cũng có nghĩa là phép bù các sai số đƣợc thực hiện khá triệt để.
Một số loại Load cell đang đƣợc sử dụng trong hệ thống quấn băng vật liệu giới thiệu nhƣ sau:
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 87 - Chuyên ngành: Tự động hóa
Loại loadcell và ứng dụng Hình ảnh
Đầu đo kiểu đầu gá:
Dùng cho các loại có khổ băng rộng.
Đầu đo kiểu hộp gá mỏng:
Dùng cho loại trục quay hoặc trục cố định.
Đầu đo kiểu ống trụ gá:
Dùng cho môi trƣờng bẩn và băng vật liệu có trọng lƣợng lớn.
Đầu đo kiểu gắn trục:
Dùng cho các loại trục quay trung gian.
Đầu đo kiểu gắn trục ròng rọc: