TỔNG hợp hệ cân BĂNG ĐỊNH LƯỢNG

1
TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Do khắc phục được một số nhược điểm của động cơ một chiều trong cấu tạo và khi làm
việc như: không cần có cổ góp và chổi than, những thứ dễ bị mòn và yêu cầu bảo trì, bảo
dưỡng thường xuyên; không sinh ra tia lửa điện trong quá trình làm việc. Vì vậy, hệ truyền
động - động cơ không đồng bộ đã và đang được ứng dụng nhiều trong thực tế sản xuất.
Một nhược điểm cơ bản của hệ truyền động này là việc điều chỉnh tốc độ ở dải rộng gặp
nhiều khó khăn. Tuy nhiên với sự phát triển của công nghệ vật liệu, của khoa học kỹ thuật
việc mở rộng dải điều chỉnh tốc độ của hệ truyền động này đã được khắc phục bằng
phương pháp điều chỉnh tần số (Hệ truyền động biến tần - động cơ).
Với các hệ truyền động yêu cầu chất lượng điều khiển không cao thì điều khiển theo cấu
trúc hệ hở là đáp ứng được yêu cầu. Tuy nhiên, với các hệ truyền động yêu cầu chất lượng
điều khiển cao thì trong hệ phải có mạch tổng hợp và tạo tín hiệu điều khiển.
Công nghệ cân băng được dùng nhiều trong các dây truyền công nghiệp ví dụ như sản xuất
xi măng. Nó là một trong những công nghệ yêu cầu chất lượng điều khiển cao, vì vậy việc
nghiên cứu ứng dụng vi xử lý để điều khiển hệ truyền động biến tần động cơ theo yêu cầu
công nghệ cân băng định lượng là việc làm cần thiết và là hướng nghiên cứu chính của bản
luận văn.
- 2 -
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH
LƯỢNG
1.1. Lý thuyết chung về hệ thống cân băng định lượng.
1.1.2. Khái niệm
Cân băng định lượng là bao gồm các thiết bị ghép nối với nhau mà thành, nó thuộc dạng
cân định lượng băng tải, được dùng cho hệ thống cân liên tục (liên tục theo chế độ dài
hạn lặp lại). Thực hiện việc phối liệu một cách liên tục theo tỷ lệ yêu cầu công nghệ đặt
ra.
Cân băng định lượng trong luận văn đề xuất nghiên cứu là cân băng tải, nó là thiết bị
cung cấp kiểu trọng lượng vật liệu được chuyên trở trên băng tải mà tốc độ của nó
được điều chỉnh để nhận được lưu lượng vật liệu ứng với giá trị do người vận hành
đặt trước.

1.1.3. Cấu tạo của cân băng định lượng
Hình 1. 1 Sơ đồ cấu tạo cân băng định lượng
Cấu tạo của cân băng định lượng gồm các phân sau:
1: Phễu cấp liệu 2: Cảm biến trọng lượng (Load Cell)
3: Băng truyền 4: Tang bị động
5: Bulông cơ khí 6: Tang chủ động
7: Hộp số 8: SenSor đo tốc độ
9: Động cơ không đống bộ (được nối với biến tần) 10: Cảm biến vị trí
1.1.4. Nguyên lý tính lưu lượng của cân băng định lượng
1.1.4.1. Nguyên lý tính lưu lượng
Cân băng định lượng (cân băng tải) là thiết bị cung cấp liệu kiểu trọng lượng. Vật liệu
được chuyên trở trên băng tải, mà tốc độ của băng tải được điều chỉnh để nhận được lưu
lượng đặt trước khi có nhiễu tác động lên hệ (ví dụ liệu không xuống đều).
Cầu cân về cơ bản bao gồm: Một cảm biến trọng lượng (LoadCell) gắn trên giá mang
nhiều con lăn. Trọng lượng của vật liệu trên băng được các cảm biến trọng lượng
(LoadCell) chuyển đổi thành tín hiệu điện đưa về bộ xử lý để tính toán lưu lượng.
Để xác định lưu lượng vật liệu chuyển tới nơi đổ liệu thì phải xác định đồng thời vận
tốc của băng tải và trọng lượng của vật liệu trên 1 đơn vị chiều dài ∂ (kg/m). Trong
đó tốc độ của băng tải được đo bằng cảm biến tốc độ có liên hệ động học với động
cơ.
1
5
10
2
3
6 7
8
9
4
- 3 -

Tốc độ băng tải V (m/s) là tốc độ của vật liệu được truyền tải. Tải của băng truyền (ƍ) là
trọng lượng vật liệu được truyền tải trên một đơn vị chiều dài ∂ (kg/m).
Cân băng tải có bộ phận đo trọng lượng để đo ∂ và bộ điều khiển để điều chỉnh tốc độ
băng tải sao cho điểm đổ liệu, lưu lượng dòng chảy liệu bằng giá trị đặt do người vận
hành đặt trước.
Bộ điều khiển đo tải trọng trên băng truyền và điều chỉnh tốc độ băng đảm bảo lưu
lượng không đổi ở điểm đổ liệu.
Q =
gL
VFc
g
L
VFc
*
*2
2
*
=

1.1.4.2. Đo trọng lượng liệu trên băng tải
Trọng lượng đo nhờ tín hiệu của LoadCell bao gồm trọng lượng của băng tải và
trọng lượng vật liệu trên băng. Vì vậy để đo được trọng lượng của liệu thì ta phải
tiến hành trừ bì (tức là trừ đi trọng lượng của băng tải ).
1.1.5. Khái quát về điều chỉnh cấp liệu cho cân băng
Việc điều chỉnh cấp liệu cho băng cân định lượng chính là điều chỉnh lưu lượng
liệu cấp cho băng cân và được thực hiện bằng 3 phương pháp.
- Phương pháp 1 (Điều chỉnh cấp liệu gián đoạn)
Phương pháp này điều chỉnh cấp liệu bằng tín hiệu của sensơr cấp liệu kiểu trôi để
điều khiển một số thiết bị cấp liệu.
Vị trí của sensor cấp liệu theo kiểu trôi được đặt ở phía cuối của ống liệu.

- Phương pháp 2 (Điều chỉnh cấp liệu liên tục)
Phương pháp này điều chỉnh cấp liệu liên tục cho băng cân định lượng sử dụng bộ điều
chỉnh PID để điều chỉnh cấp liệu (có thể là van cấp liệu hoặc van quay) để đảm bảo cho
lượng tải trên một đơn vị chiều dài băng tải là không đổi. Bộ PID có tác dụng điều chỉnh
nếu lưu lượng thể tích của liệu trên băng thay đổi theo phạm vi ±15% và bộ PID chỉ
hoạt động sau khi băng đã hoạt động.
- Phương pháp 3 (Điều chỉnh mức vật liệu trong ngăn xếp)
Phương pháp điều chỉnh mức liệu trong ngăn xếp có thể coi là sự kết hợp của 2 phương
pháp trên: phương pháp điều chỉnh gián đoạn và điều chỉnh liên tục. Phương pháp này
tận dụng những ưu điểm và khắc phục nhưng nhược điểm của 2 phương pháp trên và
được thiết kế đặc biệt cho các băng cân định lượng.
1.2. Cấu trúc hệ thống cân băng
- 4 -
Hình 1. 2 Cấu trúc hệ thống cân băng định lượng
Trong đó:
- Động cơ sử dụng là động cơ không đồng bộ ba pha rô to lồng sóc, tốc độ của động cơ
đo được nhờ sensơ đo tốc độ (máy phát xung).
- Số xung phát ra từ máy phát xung tỷ lệ với tốc độ động cơ và được đưa về bộ điều
khiển.
- Bộ điều khiển (dùng vi xử lý) điều chỉnh tốc độ của băng tải và lưu lượng liệu ở điểm
đổ liệu sao cho tương ứng với giá trị đặt.
- Bộ cảm biến trọng lượng (LoadCell) biến đổi trọng lượng nhận được trên băng thành
tín hiệu điện đưa về bộ khuyếch đại.
- Điều chỉnh tốc độ của động cơ bằng cách điều chỉnh tần số cấp nguồn cho
1.3. Hệ điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ dùng biến tần
1.3.1. Động cơ không đồng bộ
1.3.1.1. Động cơ không đồng bộ
Hình 1. 3 Đặc tính cơ khi thay đổi tần số động cơ không đồng bộ
MÁY
PHÁT

XUNG
BỘ
KHUYẾCH
ĐẠI
BỘ
ĐIỀU
KHIỂN


N
t


FT
M
BIẾN
TẦN
P
V
AC
Load Cell
Hộp giảm
tốc
Máy phát
tốc
Động cơ
KĐB
0
ω14
ω13

ω1đm
ω12
ω11
ω
f
11
f
12
f
1
> f
1đm
f
1
đ
m
f
13
f
14
f
1
< f
1đm
M
- 5 -
1.3.1.2. Công thức tính chọn động cơ không đồng bộ
Tỷ số truyền của hộp số:
1
1

ω
ω
=
i
; Tỷ số truyền giữa pulley và động cơ:
2
2
ω
ω
=
i
* Tính chọn công suất động cơ
Công suất động cơ: P
1
=
1
1 2
F V
η η
×
×
Trong đó: η
2
:

Hiệu suất hộp số; η
1
: Hiệu suất băng tải
F
1

: Lực của trọng lượng tổng trên băng
F
1
= L ∙ g ∙ ƍ. Trong đó: L: Chiều dài của băng; g: Gia tốc trọng trường g=9,8m/s
2
1.3.2. Khái quát về biến tần
1.3.2.1. Định nghĩa
Biến tần là thiết bị biến đổi điện xoay chiều ở tần số này thành điện xoay chiều ở tần số
khác có thể điều chỉnh được.
Hình 1. 4 Biến tần
1.3.2.2. Nguyên lý hoạt động của biến tần
Nguyên lý cơ bản làm việc của bộ biến tần cũng khá đơn giản. Đầu tiên, nguồn điện
xoay chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều bằng phẳng.
Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện. Nhờ vậy, hệ số
công suất cosφ của hệ biến tần đều có giá trị không phụ thuộc vào tải và có giá trị ít nhất
0.96. Điện áp một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha
đối xứng. Công đoạn này hiện nay được thực hiện thông qua hệ IGBT (transistor lưỡng
cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM). Nhờ tiến bộ của
công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn lực hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể
lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt
động cơ.
Hình 1. 5 Nguyên lý hoạt động của biến tần
1.3.2.3. Ưu điểm khi sử dụng biến tần
- Bảo vệ động cơ khỏi mài mòn cơ khí.
- Tiết kiệm điện, bảo vệ các thiết bị điện trong cùng hệ thống.
- Đáp ứng yêu cầu công nghệ.
- 6 -
- Tăng năng suất sản xuất.
1.3.3. Điều chỉnh tần số động cơ bằng biến tần
Muốn điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng cách thay đổi tần số ta phải có một bộ

nguồn xoay chiều có thể điều chỉnh tần số điện áp một cách đồng thời thông qua
một biến tần.
Hình 1. 6 Sơ đồ mạch lực bộ biến tần nguồn áp dùng Tranzitor
Dùng phương pháp PWM ta có giản đồ điện thế và điện áp pha A như sau:
Hình 1. 7 Giản đồ điện thế và điện áp pha A dùng phương pháp PWM
- Sơ đồ biến tần ba pha dùng Tranzitor gồm:
Bộ nghịch lưu biến đổi điện áp một chiều từ nguồn cấp thành điện áp xoay chiều có tần
số biến đổi được. Điện áp xoay chiều qua bộ lọc và đưa vào sơ đồ cầu Tranzitor.
Sơ đồ biến tần Tranzitor ba pha dùng 6 Tranzitor công suất T
1
từ T
6
và 6 điốt T
7
từ T
12

đấu song song ngược với các Tranzitor tương ứng.
Tín hiệu điều khiển V
b
được đưa vào bazơ của Tranzitor có dạng chữ nhật, chu kỳ là 2π,
độ rộng là π/2.
Khi V
b
= “0” > Tranzitor bị khóa
V
b
= “1” > Tranzitor mở bão hòa
Các Tranzitor được điều khiển theo trình tự 1,2,3,4,5,6,1
Các tín hiệu điều khiển lệch nhau một khoảng bằng π/3.

Z
T
4
i
b
i
c
T
6
T
2
D
8
D
1
2
D
10
T
1
T
3
T
5
D
11
D
9
D
7

A
B
C
C
i
a
D
1
D
3
D
5
D
4
0
0
2π
3π
/2
π
π/
22
0
2π
3π
/2
π
π/
2
0

D
6
D
2
0
0
π
π
2π
2π
ωt
ωt
u
A
u
A
- 7 -
1.4. Cảm biến trọng lực Loadcell
1.4.1. Khái niệm Loadcell
Loadcell là thiết bị cảm biến dùng để chuyển đổi lực hoặc trọng lượng thành tín hiệu
điện.
Khái niệm“strain gage”: cấu trúc có thể biến dạng đàn hồi khi chịu tác động của lực tạo
ra một tín hiệu điện tỷ lệ với sự biến dạng này.
Loadcell thường được sử dụng để cảm ứng các lực lớn, tĩnh hay các lực biến thiên
chậm. Một số trường hợp loadcell được thiết kế để đo lực tác động mạnh phụ thuộc vào
thiết kế của Loadcell.
1.4.2. Tế bào cân đo trọng lượng
Là thiết bị đo trọng lượng trong hệ thống cân định lượng bao gồm 2 loại tế bào là loại
SFT (Smat Foree Tran Sduer) và tế bào cân Tenzomet.
1.4.2.1. Nguyên lý tế bào cân số SFT

Hình 1. 8 Sơ đồ tế bào cân số SFT
Đầu đo trọng lượng là nơi đặt tải cần đo, nó truyền lực tác động trực tiếp của tải lên một
đây dẫn đặt trong từ trường không đổi. Nó làm thay đổi sức căng của dây dẫn nên dây dẫn
bị dao động (bị rung). Sự dao động của dây dẫn trong từ trường sinh ra sức điện động cảm
ứng. Sức điện động này có tác động chặt chẽ lên tải trọng đặt trên đầu đo.
Đầu cảm biến nhiệt độ xác định nhiệt độ của môi trường để thực hiện việc chỉnh định vì
các phần tử SFT phụ thuộc vào rất nhiều vòng nhiệt độ.
Bộ chuyển đổi: Chuyển đổi các tín hiệu đo lường từ đầu đo thành dạng tín hiệu
Bộ xử lý: Xử lý tất cả các tín hiệu thu được và các tín hiệu ra bên ngoài theo phương
thức truyền tin nối tiếp.
Bộ chuyển đổi
Cảm biến
nhiệt độ
Bộ vi xử lý
N
Tải trọng cần đo
Ngưỡng
hạn chế
S
N
S
Dây rung
Giao thức truyền tin nối tiếp
- 8 -
Bảng 1. 1 Bảng thống kê một số loại tế bào
Tải định mức
20kg 30kg 100kg 120kg 200kg 300kg
Tải cực đại
30kg 45kg 150kg 180kg 300kg 450kg

Phạm vi nhiệt độ
cho phép
-10÷ 60
o
C -10÷60
o
C -10÷40
o
C -10÷60
o
C -10÷40
o
C -10÷60
o
C
Giao thức truyền tin
nối tiếp với bên
ngoài
RS 422
RS 485
RS 422
RS 485
RS 422
RS 485
RS 422
RS 485
RS 422
RS 485
RS 422
RS485

Năng lượng
tiêu thụ
1w 1w 1w 1w 1w 1w
Khoảng ghép nối 500m 500m 500m 500m 500m 500m
Độ phân giải 3,4g 5g 0,0001% 0,0001% 0,0001% 0,0001%
1.4.2.2. Nguyên lý tế bào cân Tenzomet
Hình 1. 9 Sơ đồ cầu tế bào cân Tezomet
Nguyên lý tế bào cân Tenzomet dựa theo nguyên lý cầu điện trở, trong đó giá trị điện
trở của các nhánh cầu thay đổi bởi ngoại lực tác động lên cầu. Do đó nếu có một nguồn
cung cấp không đổi (U
N
=const) thì hai đường chéo kia của cầu ta thu được tín hiệu thay
đổi theo tải trọng đặt lên cầu. Khi cầu cân bằng thì điện áp ra U
r
= 0. Khi cầu điện trở
thay đổi với giá trị ΔR thì điện áp ra sẽ thay đổi, lúc này điện áp ra được tính theo công
thức:

R
R
UU
Nr
∆
=
(1.15)
Trong đó: U
N
: Điện áp nguồn cấp cho đầu đo
U
r

: Điện áp ra của đầu đo
ΔR : Lượng điện trở thay đổi bởi lực kéo trên đầu đo
R : Giá trị điện trở ban đầu của mỗi nhánh cầu.
Bảng 1. 2 Bảng thống kê một số loại tế bào cân Tenzomet
Tải định mức 20 30 50 70 100 150 250 300
Tải cực đại 150% tải định mức
Sai số < 0.015%
Phạm vi điều chỉnh -10 ÷ 40
Nguồn cung cấp -10 ÷ 15
1.4.3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
1.4.3.1. Cấu tạo
Loadcell được cấu tạo bởi hai thành phần, thành phần thứ nhất là "Strain gage" và thành
phần còn lại là "Load". Strain gage là một điện trở đặc biệt có kích thước rất nhỏ, có
R-ΔR



R-ΔR



R+ΔR



R+ΔR



U

N
U
r
- 9 -
điện trở thay đổi khi bị nén hay kéo dãn và được nuôi bằng một nguồn điện ổn định,
được dán chết lên “Load” - một thanh kim loại chịu tải có tính đàn hồi.
Hình 1. 10 Cấu tạo của một Loadcell
1.4.3.2. Nguyên lý hoạt động
Hoạt động dựa trên nguyên lý cầu điện trở cân bằng 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.
Hình 1. 11 Nguyên lý hoạt động của một Loadcell
1.4.3.3. Thông số kĩ 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.
- Công suất định mức: Giá trị khối lượng lớn nhất mà Loadcell có thể đo được.
- 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 kĩ 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 (thông thường đưa ra giá trị lớn nhất và
giá trị nhỏ nhất 5 - 15 V).
- 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.
- 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.
- Điện trở cách điện: Thông thường đo tại dòng DC 50V. Giá trị cách điện giữa lớp vỏ
kim loại của Loadcell và thiết bị kết nối dòng điện.
- 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
load cell chưa kết nối hoặc hoạt động ở chế độ không tải.
- Quá tải an toàn: Công suất mà Loadcell có thể vượt quá (ví dụ: 125% công suất).
- 10 -
- Hệ số tác động của nhiệt độ: Đại lượng được đo ở chế độ có tải, là sự thay đổi công
suất của Loadcell dưới sự thay đổi nhiệt độ, (ví dụ: 0.01%/10°C nghĩa là nếu nhiệt dộ
tăng thêm 10°C thì công suất đầy tải của Loadcell tăng thêm 0.01%).
- Hệ số tác động của nhiệt độ tại điểm 0: Giống như trên nhưng đo ở chế độ không tải.
1.4.3.4. Công thức tính khối lượng của LoadCell
Khi có tải chạy trên băng thì mô men lực của tải trọng sẽ được cân bằng với mômen lực
của đối trọng và LoadCell.
Hình 1. 12 Cấu trúc cầu cân bằng mô men lực
Dựa vào công thức tính tổng hợp momen lực:
F
0
L
0
= F
1
L
1
+ F
2
L
2
(1.16)
Trong đó: F
0
: Lực của tải trọng tác động lên cầu cân
F

1
: Lực của LoadCell
F
2
: Lực của đối trọng
L
0
: Lực khoảng cách (cánh tay đòn ) từ tải đến pulley L
0
=0,16m
l
1
: Khoảng cách (cánh tay đòn) từ puly đến LoadfCell l
1
=0,12m
l
2
: Khoảng cách (cánh tay đòn ) từ đối trọng đến puly, l
2
=0,20m
0
222111
0
2211
0

L
lamlam
L
LFLF

F
+
=
+
=⇒
(1.17)
Ở đây LoadCell và đỗ trọng được nối cứng với nhau nên coi a
1
=a
2
=1
1
2200
1
0
2211
0
l
lmLF
m
L
lmlm
F
−
=↔
+
=
(1.18)
Trong đó: m
1

: Khối lượng của LoadCell
m
2
: Khối lượng của đối trọng
Năng suất của băng là: Q (kg/h)
Tốc độ truyền là: V (m/ph)
Khi đó vật liệu được truyền tải trên 1 đơn vị chiều dài là
ƍ =
V
Q
(Kg/m)
Trọng lượng tổng trên băng là lực F
0
(N) được đo bởi hệ thống cân trọng lượng và σ
được tính theo biểu thức:
ƍ
0
1
2
F
L
g
=
×
Trong đó: L
1
: Chiều dài của cân
g: Gia tốc trọng trường
=> F
0

= ƍ ∙
1
2
L
g
×
thay vào phương trình (1.18)
- 11 -
1
220
1
1
2
l
lmLg
L
m
−⋅
=
σ
(Kg) (1.19)
1.5. Băng tải cao su
Hệ thống băng tải được sử dụng để vận chuyển hàng hóa hoặc tài liệu từ một điểm cố
định khác trong một không gian. Các chức năng cụ thể của hệ thống băng tải có thể khác
nhau đáng kể tùy thuộc vào thiết kế của máy, nhưng nhiều hệ thống sử dụng một băng tải
cao su để vận chuyển hàng hoá.

Hình 1. 13 Băng tải cao su
1.6. Sensor đo tốc độ
1.6.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

Để điều khiển số vòng quay hay vận tốc động cơ thì chúng ta nhất thiết phải đọc được
góc quay của động cơ. Một số phương pháp có thể được dùng để xác định góc quay của
động cơ bao gồm tachometer (thật ra tachometer đo vận tốc quay), dùng biến trở xoay,
hoặc dùng mã hóa xung encoder. Trong đó 2 phương pháp đầu tiên là phương pháp
tương tự và dùng encoder quang thuộc nhóm phương pháp số. Hệ thống encoder quang
bao gồm một nguồn phát quang (thường là hồng ngoại – infrared), một cảm biến quang
và một đĩa có chia rãnh. encoder quang lại được chia thành 2 loại: encoder tuyệt đối
(absolute optical encoder) và encoder tương đối (incremental optical encoder). Trong hệ
thống cân băng định lượng chỉ cần xác định tốc độ động cơ mà không cần xác định
chính xác vị trí động cơ nên thường sử dụng encoder tương đối để xác định tốc độ động
cơ . Từ bây giờ khi ta nói encoder tức là encoder tương đối. Hình dưới là mô hình của
encoder loại này.
Hình 1. 14 Encoder quang tương đối
Trong đó: 1. Nguồn sáng 2. Thấu kính hội tụ
3. Đĩa quay 4. Đầu thu quang
1.6.2. Đo vận tốc băng tải
Để xác định vận tốc dài của băng tải thì ta phải đọc được tốc độ quay của tang bị
động. Trong hệ thống này chúng ta sử dụng phương pháp mã hóa vòng quay thành
- 12 -
xung (encoder) loại tương đối để xác định tốc độ quay tang bị động. Encoder được
gắn đồng trục với tang bị động.
Hình 1. 15 Mạch đo tín hiệu tốc độ
Tín hiệu V
out
được đưa vào đầu vào của PLC để xác vận tốc dài của băng tải.
1.7. Đo khối lượng liệu trên băng.
Để xác định khối lượng liệu trên băng tải ta phải sử dụng cảm biến trọng lực (Loadcell)
đặt dưới băng tải. Tín hiệu ra cảm biến trọng lực rất nhỏ cỡ vài chục mV tùy loại cảm
biến, thường 1÷2 mV/V. Do đó để nhận biết được tín hiệu đó ta phải sử dụng mạch. Tín
hiệu sau mạch khuếch đại được đưa về PLC xử lí.

Hình 1. 16 Mạch đo khối lượng
Mạch điện này dùng để tìm ra hiệu số, hoặc sai số giữa 2 điện áp mà mỗi điện áp có thể
được nhân với một vài hằng số nào đó. Các hằng số này xác định nhờ các điện trở.
- Điện áp ra của mạch:
1
2 1 1
( )
( )
f g f
out
g
R R R R
V V V
R R R R
+ −
 
+ ×
= × − ×
 ÷
 ÷
+ ×
 
(1.20)
- Tổng trở vi sai giữa 2 chân đầu vào Z
in
= R
1
+ R
2
- Nếu R

1
= R
2
và R
f
= R
g
thì: V
out
= A(V
2
– V
1
)
- Hệ số khuếch đại vi sai: A = R
f
/R
1
1.8. Kết luận chương 1
Chương 1 đã trình bày được khái quát chung về hệ thống cân băng định lượng. Xây
dựng được cấu trúc chung của hệ thống cân băng định lượng; các thành phần của hệ
thống gồm động cơ truyền động điện, biến tần, băng tải, bộ phận giảm tốc; lý thuyết về
tế bào cân; lý thuyết về phương pháp xác định tốc độ quay dùng phương pháp mã hóa
xung; các phần tử để thu thập tín hiều phản hồi hệ thống cũng như các công thức tính
các đại lượng vận tốc, khối lượng từ các tín hiệu phản hồi đó.
V
out
V
CC
V

1
Mắt
phát
Mắt
thu
- 13 -
CHƯƠNG 2. TỔNG HỢP HỆ CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG
2.1. Sơ đồ cấu trúc hệ thống cân băng định lượng
Xuất phát từ cấu trúc hệ thống cân băng định lượng được trình bày trong chương 1, ta
xây dựng được sơ đồ cấu trúc hệ thống cân băng định lượng được trình bày như hình
2.1.
Hình 2. 1 Cấu trúc hệ thống cân băng định lượng
Hình 2. 2 Sơ đồ cấu trúc hệ thống cân băng định lượng
Trong đó:
Q
đ
: Lưu lượng đặt.
BĐK: Bộ điều khiển.
BT: Biến tần.
ĐC: Động cơ truyền động.
GT: Bộ phận giảm tốc, truyền chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh
tiến của băng tải.
BgT: Băng tải.
V: Vận tốc dài của băng tải (m/h).
m: Khối lượng liệu trên một đơn vị dài băng tải (Kg/m).
Q: Đáp ứng lưu lượng liệu (Kg/h).
e: Sai lệch tín hiệu đặt và đáp ứng đầu ra.
U
đk
: Tín hiệu điều khiển.

BT ĐC
GT Bg
T
Q
B
ĐK
U
đ
k
(-)
V
m
Đối
tượng
Q
đ
e
- 14 -
Để tổng hợp hệ thống, tìm ra luật điều khiển ta phải xác định mô hình toán học mô tả
các thành phần trong cấu trúc hệ thống. Có nhiều phương pháp để xác định mô hình
toán học theo mối quan hệ các đại lượng của từng thành phần. Tuy nhiên, trong phạm vi
luận văn tác giả sử dụng công cụ nhận dạng mô hình (System Identification toolbox)
của phần mềm Matlab (Mathwork) để xác định mô hình toán học. Khi đó ta coi đối
tượng điều khiển gồm biến tần, động cơ, bộ phận giảm tốc và băng tải, với tín hiệu vào
là tín hiệu điều khiển biến tần U
đk
và tín hiệu ra là vận tốc dài của băng tải V. Khi đó
cấu trúc hệ thống được thể hiển trên hình 2.3.
Hình 2. 3 Sơ đồ cấu trúc hệ
2.2. Nhận dạng mô hình toán học đối tượng

Thu thập dữ liệu vào/ra của đối tượng:
Để nhận dạng mô hình toán học đối tượng (Hệ thống băng tải) ta thực hiện cấp tín hiệu
điều khiển U
đk
cho biến tần, đo đáp ứng vận tốc của băng tải.
Hình 2. 4 Sơ đồ thu thập dữ liệu nhận dạng
Sau khi thực hiện thu thập dữ liệu tín hiệu điều khiển và đáp ứng vận tốc băng tải với
thời gian trích mẫu 1ms, ta thu được đặc tính của các dữ liệu như sau:
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
0
2
4
6
8
10
12
Tin hieu dieu khien bien tan (volt)
time (s)
Hình 2. 5 Dữ liệu tín hiệu điều khiển (volt)
e
Q
BĐ
K
U
đk
(-)
V
m
Q
đ

Hệ thống
Băng tải
U
đk
V
Hệ thống
Băng tải
- 15 -
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
x 10
4
Dap ung van toc bang tai (m/h)
time (s)
Hình 2. 6 Dữ liệu tín hiệu vận tốc dài băng tải (mm/h)
Sau khi thu thập dữ liệu vào/ra của hệ băng tải, ta tiến hành nhận dạng đối tượng sử
dụng công cụ của Matlab (System Identification toolbox). Khi nhận dạng đối tượng sử
dụng dữ liệu trong miền thời gian Time – Domain Data. Các bước tiến hành nhận dạng
trên Matlab tóm lược như sau.
Giao diện công cụ nhận dạng mô hình:
Hình 2. 7 Giao diện công cụ nhận dạng mô hình

Nhập dữ liệu vào/ra theo thời gian với thời gian trích mẫu 0.01s:
Hình 2. 8 Nhập dữ liệu nhận dạng mô hình
Lựa chọn loại mô hình và nhận dạng:
mm/h
- 16 -
Hình 2. 9 Nhận dạng mô hình
Mô hình toán học nhận dạng mô tả hệ thống:
Hình 2. 10 Giao diện kết quả nhận dạng
Hình 2. 11 Đánh giá kết quả nhận dạng mô hình
- 17 -
Đặc tính quá độ:
Hình 2. 12 Đặc tính quá độ đối tượng
Mô hình toán học đối tượng:
1 2
(1 )(1 )
DT
dk
V K
W
U s s
τ τ
= =
+ +
(2.1)
Trong đó: K = 8694.4,
τ
1
= 0.78045,
τ
2

= 0.41093.
Thay số ta được hàm truyền hệ thống cân băng:
8694.4
(1 0.78045 )(1 0.41093 )
DT
W
s s
=
+ +
(2.2)
Vậy mô hình toán học nhận dạng được đã mô tả được quan hệ giữa tín hiệu vào/ra của
đối tượng.
2.3. Xác định bộ điều khiển
Ở đây ta phải thực hiện hai bài toán:
2.3.1. Bài toán 1 (Xác định luật điều khiển)
Bài toán này được thực hiện dựa trên việc tổng hợp bộ điều khiển lưu lượng hệ thống
cân băng định lượng.
Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển điều khiển lưu lượng hệ cân băng định lượng được
trình bày trong hình 2.13.
Hình 2. 13 Cấu trúc điều khiển hệ thống
Trong đó: - Q
đ
: Tín hiệu lưu lượng đặt
- R
Q
: Bộ điều chỉnh lưu lượng
- W
DT
: Đối tượng điều khiển, hệ thống cân băng
- Q: Lưu lượng (Kg/h)

- v: Vận tốc dài băng tải (m/h)
- m: Khối lượng trên băng tải (Kg/m)
- u
đk
: Tín hiệu điều khiển
(mm/h)
0 1 2 3 4 5 6
0
10 00
20 00
30 00
40 00
50 00
60 00
70 00
80 00
90 00
10 000
Tim e
S te p R es pon s e
Q
Q
đ
(-
)
m
v
R
Q
X

u
dk
e
W
DT
- 18 -
- e: Sai lệch điều khiển
Ở đây ta phải xác định quy luật điều khiển của bộ điều khiển lưu lượng R
Q
sao cho trong
quá trình làm việc lưu lượng liệu thực của hệ thống luôn bám theo một lượng đặt cho
trước. Bộ điều khiển R
Q
được tổng hợp theo phương pháp modul tối ưu, tín hiệu ra của
bộ điều khiển là là tín hiệu đầu vào để điều khiển đối tương (chính là tín hiệu điều khiển
biến tần để biến tần cấp điện cho động cơ, kéo băng tải). Bộ điều khiển này quyết định
đến chất lượng động và tĩnh của hệ thống cân băng định lượng.
Ta thấy rằng, trong cấu trúc điều khiển hệ thống có hàm nhân (giữa vận tốc băng v và
khối lượng m), ta sẽ không thể tống hợp được điều chỉnh R
Q
theo phương pháp modul tối
lưu. Để thực hiện tổng hợp R
Q
ta giả thiết khối lượng m là hằng số (nguyên liệu trên băng
là đồng nhất). Trong quá trình thử nghiệm hệ thống cân băng với nguyên liệu đồng nhất,
tác giả đo được m dao động xung quanh giá trị 1.5kg/m nên tác giả chọn m = 1.5 kg/m.
Khi đó, ta có thể biến đổi cấu trúc điều khiển về dạng sau.
Hình 2. 14 Cấu trúc điều khiển hệ thống (m là hằng số)
Biến đổi tương đương cấu trúc và thay các thông số.
Đăt

1 2
(1 )(1 )
h
m K
W
s s
τ τ
×
=
+ +

Theo phương pháp module tối ưu ta phải đi xác định R
Q
sao cho hàm truyền hệ kín với
phản hồi (-1) phải thỏa mãn điều kiện chuẩn modul tối ưu, hay:
2 2
R W
1
W
1 W 2 2 1
Q h
k
Q h
R s s
τ τ
= =
+ + +
(2.3)
( )
( )

1 2
1 1
2 1
2 1
(1 )(1 )
Q
h
R
m K
W s s
s s
s s
τ τ
τ τ
τ τ
= =
×
× +
+
+ +
(2.4)
Chọn τ = τ
1
= 0.78045, ta được:
( )
1 1
1 2
2 2
1 1 1
1

2 1
(1 )(1 )
1 1 1
2 2 2
Q
R
mK
s s
s s
s
mK s mK mK s
τ τ
τ τ
τ τ
τ τ τ
=
+
+ +
+
= = + ×
(2.5)
Thay số ta được:
5 5
0.41093 1 1
2 1.5 8694.4 0.78045 2 1.5 8694.4 0.78045
1
2.0186 10 4.9124 10
Q
R
s

s
− −
= + ×
× × × × × ×
= × + × ×
(2.6)
Như vậy luật điều khiển của bộ điều khiển lưu lượng được thực hiện theo (2.6).
Q
Q
đ
(-)
v
R
Q
m
u
dk
e
W
DT
Q
Q
đ
(-)
R
Q
u
dk
e
- 19 -

2.3.2. Bài toán 2 (Lựa chọn thiết bị thực hiện luật điều khiển)
Có nhiều phương pháp để thực hiện luật điều khiển (2.6) như sử dụng mạch tương tự
hoặc sử dụng mạch số. Trong mạch số có thể dùng vi xử lý hoặc máy tính để thực
hiện luật điều khiển. Trong luận văn sử dụng vi xử lý để thực hiện luật điều khiển ở
trên.
2.4. Card ghép nối và điều khiển
Arduino là một hệ thống sản xuất các bo mạch mã nguồn mở được hình thành và phát
triển từ năm 2005. Do các bo mạch là mã nguồn mở nên đến nay hệ thống này đã phát
triển rất mạnh mẽ và có thư viện hỗ trợ cho người sử dụng rất đa dạng, phong phú. Là
một thiết bị phần cứng, Arduino có thể hoạt động độc lập với chức năng thực hiện các
luật điều khiển, kết nối với máy tính, hoặc một thiết bị Arduino khác, các thiết bị điện tử
khác Trong luận văn chỉ sử dụng Card Arduino với hai nhiệm vụ:
- Là thiết bị kết nối giữa máy tính và thiết bị ngoại vi.
- Thực hiện qui luật điều khiển theo (2.6).
Bo mạch ArduinoDue sử dụng vi điều khiển 32bit do hãng Atmel sản xuất. Sơ đồ mạch
vi xử lý trung tâm như hình 2.15.
TST
51
XOUT
35
XIN
36
XOUT32
49
XIN32
48
DHSDM
38
DFSDM
43

DHSDP
37
DFSDP
42
VBG
40
PA0
23
PA1
24
PA2
85
PA3
84
PA4
83
PA5
25
PA6
82
PA7
26
PA8
27
PA9
2
PA10
3
PA11
4

PA12
5
PA13
6
PA14
7
PA15
8
PA16
78
PA17
9
PA18
70
PA19
71
PA20
72
PA21
107
PA22
81
PA23
80
PA24
79
PA25
108
PA26
109

PA27
110
PA28
111
PA29
112
P B 0
1 1 3
P B 1
1 1 4
P B 2
1 1 5
P B 3
1 1 8
P B 4
1 1 9
P B 5
1 2 0
P B 6
1 2 1
P B 7
1 2 2
P B 8
1 2 3
P B 9
1 2 7
P B 1 0
1 2 8
P B 1 1
1 2 9

P B 1 2
8 6
P B 1 3
8 7
P B 1 4
1 4 0
P B 1 5
7 6
P B 1 6
7 7
P B 1 7
8 8
P B 1 8
8 9
P B 1 9
9 0
P B 2 0
9 1
P B 2 1
9 2
P B 2 2
1 4 1
P B 2 3
1 4 2
P B 2 4
1 4 3
P B 2 5
1 4 4
P B 2 6
1

P B 2 7
6 8
P B 2 8
2 8
P B 2 9
2 9
P B 3 0
3 0
P B 3 1
3 1
GND1
12
GND2
58
GND3
106
GND4
126
PD10
32
PD9
22
PD8
21
PD7
20
PD6
19
PD5
18

PD4
17
PD3
16
PD2
15
PD1
14
PD0
13
PC30
103
PC29
102
PC28
139
PC27
138
PC26
137
PC25
136
PC24
135
PC23
134
PC22
133
PC21
132

PC20
131
PC19
101
PC18
100
PC17
99
PC16
98
PC15
97
PC14
96
PC13
95
PC12
94
PC11
93
PC10
117
PC9
67
PC8
66
PC7
65
PC6
64

PC5
63
PC4
116
PC3
60
PC2
59
PC1
55
PC0
130
V B U S
3 9
J T A G S E L
4 6
F W U P
5 3
S H D N
5 0
N R S T B
4 7
N R S T B
6 9
A D V R E F
7 5
V D D I N
5 7
V D D I O 1
1 1

V D D I O 2
6 2
V D D I O 3
1 0 5
V D D I O 4
1 2 5
V D D A N A
7 3
V D D B U
5 2
V D D U T M I
4 1
V D D O U T
5 6
V D D P L L
3 4
V D D C O R E 1
1 0
V D D C O R E 2
4 5
V D D C O R E 3
6 1
V D D C O R E 4
1 0 4
V D D C O R E 5
1 2 4
G N D A N A
7 4
G N D P L L
3 3

G N D B U
5 4
G N D U T M I
4 4
*1ATsam3x8ea-au
12Mhz
GND 32,768 Khz
C5
100pF
C6
100pF
C7
100pF
C8
100pF
R2
1k
R4
1kR5
1k
GND
R6
1k
C11
100pF
GND
D-
D+
XIN
XOUT

XOUT32
XIN32
VBG
CANTX0
CANRX0
AD7
AD6
AD5
AD4
EXTINT
PIN31
RX
TX
RXD2
TXD2
TXD1
RXD1
PIN23
PIN24
AD0
SDA1
SCL1
PIN42
PIN43
TXL
AD3
AD2
AD1
MISO
MOSI

SPCK
SS0/PWM10
SS1/PWM4
GND
PIN32
PIN30
PWM11
PWM12
PIN25
PIN26
PIN27
PIN28
PIN29
RXD0
TXD0
RXL
SS0/PWM10
PWM3
SS1/PWM4
SS1/PWM5
PWM5
PWM6
PWM7
PWM8
PWM9
PIN44
PIN45
PIN46
PIN47
PIN48

PIN49
PIN50
PIN51
PIN33
PIN34
PIN35
PIN36
PIN37
PIN38
PIN39
PIN40
PIN41
E T X _ C L K
E T X _ E N
E T X D 0
E T X D 1
E R X _ D V
E R X D 0
E R X D 1
E R X E R
E M D C
E M D I O
O U T G V B O F
O U T G I D
S D A 0 - 3
S C L 0 - 3
C A N T X 1 / I O
D A C 0 ( C A N R X 1 )
D A C 1
A D 8

A D 9
A D 1 0
A D 1 1 ( T X D 3 )
A D 1 4 ( R X D 3 )
P W M 2
P I N 2 2
P W M 1 3
J T A G _ T C K
J T A G _ T D I
J T A G _ T D O
J T A G _ T M S
P W M 2
GND
R1
100K
3V3
M A S T E R - R E S E T
C1
100pF
C2
100pF
L1
150mH
3V3
VDDOUTMI
VDDANA
L2
150mH
C4
104

C3
10uF
GND
U S B V C C U 2
GND
Hình 2. 15 Sơ đồ mạch vi xử lý trung tâm ArduinoDue
Các đặc tính của bo mạch:
Vi điều khiển AT91SAM3X8E
Một lõi 32-bit, cho phép hoạt động trên 4 byte dữ liệu rộng trong một xung nhịp CPU duy
nhất.
Điện áp hoạt động 3.3V
Nguồn cấp 7-12V
Số đầu vào/ra số 54 (trong đó có 12 cung cấp đầu ra PWM)
Đầu vào tương tự 12
Đầu ra tương tự 2 (DAC)
Dòng điện vào/ra số 130 mA
Bộ nhơ chương trình (Flash) 512 KB
SRAM 96 KB
- 20 -
Tần số xung hoạt động 84 MHz
Mạch vi xử lý trung tâm ArduinoDue sử dụng vi xử lý 32bit và các mạch phụ trợ cho vi
xử lý hoạt động như mạch dao động, reset. Vi xử lý trung tâm kết nối với các thiết bị
khác thông qua các đầu kết nối như hình 2.16.
1 2
3 4
5 6
7 8
9 10
11 12
13 14

15 16
17 18
19 20
21 22
23 24
25 26
27 28
29 30
31 32
33 34
35 36
P2
XIO
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
P4
PWMH
1
2
3
4
5

6
7
8
P5
PWMI
1
2
3
4
5
6
7
8
P7
COMMUNICATION
1
2
3
4
5
6
7
8
P8
ADCL
1
2
3
4
5

6
7
8
P9
ADCH
1
2
3
4
5
6
7
8
P6
Power
GND
+5V 3V3
MASTER-RESET
VIN
SCL1
SDA1
AREF
GND
PWM8
PWM9
SS0/PWM10
PWM11
PWM12
PWM13
TX

RX
PWM2
PWM3
SS1/PWM4
PWM5
PWM6
PWM7
SCL0-3
SDA0-3
RXD2
TXD2
RXD0
RXD1
TXD0
TXD1
AD0
AD1
AD2
AD3
AD4
AD5
AD6
AD7
AD8
AD9
AD10
AD11
DAC0(CANRX1)
DAC1
CANTX0

CANRX0
PIN22PIN23
PIN24PIN25
PIN26PIN27
PIN28PIN29
PIN30PIN31
PIN32PIN33
PIN34PIN35
PIN36PIN37
PIN38PIN39
PIN40PIN41
PIN42PIN43
PIN44PIN45
PIN46PIN47
PIN48PIN49
PIN50PIN51
CANTX1/IO AD14(RXD3)
GND
+5V
Hình 2. 16 Các đầu kết nối ngoại vi ArduinoDue
Để thực hiện được chức năng tạo tín hiệu điều khiển, cũng như hiển thị ta phải kết nối
ArduinoDue với máy tính để nạp chương trình điều khiển cho ArduinoDue. Sơ đồ kết
nối với máy tính như hình 3.17.
VCC
1
D-
2
D+
3
ID

4
GND
5
USB1
USB_M
Reset(PC1/DW)
24
XTAL2(PC0)
2
XTAL1
1
AVCC
32
VCC
4
GND
3
UCAP
27
UVCC
31
D-
30
D+
29
UGND
28
PAD
33
(PCINT7/OC0A/OC1C)PB7

21
(PCINT6)PB6
20
(PCINT5)PB5
19
(T1/PCINT4)PB4
18
(PD0/MISO/PCINT3)PB3
17
(PDI/MOSI/PCINT2)PB2
16
(SCLK/PCINT1)PB1
15
(SS/PCINT0)PB0
14
(INT4/ICP1/CLK0)PC7
22
(OC1A/PCINT8)PC6
23
(PCINT9/OC1B)PC5
25
(PCINT10)PC4
26
(AIN2/PCINT11)PC2
5
(CTS/HWB/TO/INT7)PD7
13
(RTS/AIN5/INT6)PD6
12
(XCK/AIN4/PCINT12)PD5

11
(INT5/AIN3)PD4
10
(TXD1/INT3)PD3
9
(RXD1/AIN1/INT2)PD2
8
(AIN0/INT1)PD1
7
(OC0B/INT0)PD0
6
*2
ATMEGA16U2-MU
1 2
3 4
5 6
P3
Header 3X2
1 2
3 4
P1
Header 2X2
12Mhz
C9
100pF
C12
100pF
GND
C13
104

C14
104
GND GND
GND
GND
RD+
RD-
USBVCCU2
VUCAP
+5V
R7
1k
R9
1k
F1
F1A
GND
L3
150mH
C10
104
GND
USBVCCU2
GND
VCC
R3
1k
D1
CD1206-S01575
8 P B 4

8 P B 5
8 P B 6
8 P B 7
MISO2
SCK2
RESET2
X V C C
BD-
BD+
SCK2
MOSI2
MISO2
R8
1k
R10
1k
R11
1k
R13
1k
MASTER-RESETRESET_CMD
USBVCC
GND
R12
1k
LED
LED
TXL-U2
RXL-U2
+5

A D J / G
1
OUT
2
IN
3 Tab
4
IC2
LM1117
C15
100uF/35V
C16
100uF/35V
C17
100uF/35V
C18
104
C19
104
C20
104
A D J / G
1
OUT
2
IN
3 Tab
4
IC1
LM1117

D2
1N4007
+DC
-DC
1
2
3
JDC1
Jac DC
+5V 3V3
1
1k
LED3
LED
GND
Hình 2. 17 Sơ đồ mạch kết nối ArduinoDue với máy tính
Thư viện ArduinoIO
Thư viện ArduinoIO là một thư viện trong bộ công cụ Simulink hỗ trợ các bo mạch
Arduino làm việc với Matlab-Simulink.Thư viện này gồm các khối chức năng để cài đặt
và sử dụng các tính năng của ArduinoDue.
Hình 2. 18 Các khối chức năng trong thư viện ArduinoIO
- Khối chức năng Arduino IO setup: thiết lập cài đặt giao tiếp với Arduino.
- Khối chức năng Real-Time Pacer: Cài đặt cho Simulink chạy với thời gian thực.
- 21 -
- Khối chức năng Arduino Analog Read: đọc giá trị ADC trên các đầu vào analog của
Arduino.
- Khối chức năng Arduino Digital Read: đọc giá trị các đầu vào số của Arduino.
- Khối chức năng Arduino Analog Write: xuất giá trị tương tự trên các đầu ra tương tự
của Arduino.
- Khối chức năng Arduino Digital Write: ghi giá trị các đầu ra số của Arduino.

- Khối chức năng Encoder Read: thiết lập và đọc giá trị bộ đếm xung của Arduino.
- Khối chức năng Encoder Reset.
- Khối chức năng DC Motor: điều khiển động cơ một chiều.
- Khối chức năng Stepper Motor: điều khiển động cơ bước.
- Khối chức năng Servo Read, Servo Write: điều khiển động cơ servo.
2.5. Tạo tín hiệu đặt và hiển thị:
Trong luận văn sử dụng máy tính kết nối với card Arduino bằng ngôn ngữ Matlab để
thực hiện một số chức năng sau:
- Tạo tín hiệu đặt lưu lượng ( tín hiệu chủ đạo)
- Nạp chương trình cho vi xử lý
- Hiển thị kết quả.
2.6. Kết luận chương 2
Chương 2 đã trình bày việc xây dựng sơ đồ cấu trúc hệ thống cân băng định lượng;
nhận dạng mô hình toán học hệ thống cân băng định lượng; tổng hợp bộ điều chỉnh lưu
lượng cho hệ; lựa chọn thiết bị thực hiện luật điều khiển; bo mạch điều khiển da năng
ArduinoDue cùng thư viện ArduinoIO. Luật điều khiển lưu lượng (2.6) được xác định
theo phương pháp modul tối ưu. Để thực hiện luật điều khiển tác giả chọn sử dụng vi xử
lí AT91SAM3X8E do hang Atmel sản xuất.
CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM HỆ CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG
3.1. Các thiết bị thực nghiệm
3.1.1. Động cơ
Động cơ truyền động điện cho băng tải là động cơ xoay chiều rô to lồng sóc do hang
Toshiba Corporation chế tạo sản xuất. Thông số kỹ thuật động cơ:
Mã hiệu: M14234
Điện áp: 200 200 220 V
Dòng điện: 0.68 0.62 0.62 A
Tần số: 50 60 60 Hz
Tốc độ quay: 1410 1700 1700 v/ph
Công suất: 0.1 kW
Số đôi cực: 2

- 22 -
Hình 3. 1 Động cơ truyền động kéo băng tải
3.1.2. Biến tần
Biến tần cấp điện cho động cơ là biến tần Commander SE do hãng Control Techniques
chế tạo sản xuất. Thông số kỹ thuật biến tần:
Điện áp vào: 200 – 240 VAC 1 pha
Điện áp ra: 240 VAC 3 pha
Công suất 0.75 kW
Hình 3. 2 Biến tần Commander SE
3.1.3. Băng tải
Hình 3. 3 Băng tải
3.1.4. Loadcell và mạch khuếch đại tín hiệu đầu cân
Để đo khối lượng nguyên liệu trên băng, tác giả sử dụng cảm biến loadcell mã hiệu
PT1000 do hang PT chế tạo sản xuất. Thông số kỹ thuật PT1000:
Vật liệu: Hợp kim nhôm
Tải trọng: 5 kg
Điện áp ngõ ra: 2 mV/V± 10%
- 23 -
Nguồn nuôi: 5 ~ 12V AC/DC
Nguồn nuôi tối đa: 15V AC/DC
Quá tải an toàn : 150%
Quá tải tối đa: 300%
Trở kháng đầu vào: 425Ω ± 15Ω
Trở kháng đầu ra: 350Ω ± 3Ω
Trở kháng cách điện: > 5000 MW tại 100V DC
Hình 3. 4 Loadcell PT1000 gắn trên băng tải
Tín hiệu ra của loadcell rất nhỏ (cỡ chuc mV). Tín hiệu này được đưa vào mạch khuếch
đại vi sai và gửi lên Matlab/Simulink qua Card ghép nối Arduino.
Hình 3. 5 Bo mạch khuếch đại vi sai khuếch đại tín hiệu cân
3.1.5. Thiết bị đo vận tốc băng tải

Hình 3. 6 Encoder gắn trên tang bị động
3.1.5. Thiết bị hiển thị
Thiết bị hiển thị là thiết bị cho ta quan sát được các trạng thái, đặc tính của hệ thống. Để
làm được việc đó, có rất nhiều công cụ có thể thực hiện được, ví dụ như phần mềm
Control-desk đi kèm cùng card điều khiển DSP1104. Tuy nhiên để sử dụng được
Control-desk ta bắt buộc phải có DSP1104.
- 24 -
Thông qua card ghép nối Arduino máy tính có thể nhận được các tín hiệu trạng thái lưu
lượng thực của hệ. Do đó, ta sẽ sử dụng các công cụ hiển thị của Simulink để vẽ các đặc
tính thể hiện trạng thái động của hệ thống.
SP_Q
V
1.03
Top
1
SP_Q
50
SP
Q
Prod
M
V(m/h)
M(Kg/h)
CBDL
0.97
Bottom
2
V
1
M

T_V
Off_M
Off_M
K_v
K_V
K_M
K_M
Arduino1
Encoder Read (#0)
Encoder Read
Arduino1
Analog Read
Pin 8
Arduino Analog Read
A_M
Hình 3. 7 Khối hiển thị thông số trạng thái hệ thống
3.1.6. Card ghép nối và điều khiển – Bo mạch ArduinoDue
Card ghép nối giữa máy tính với các thiết bị ngoại vi và thực hiện chức năng tổng hợp
và tạo luật điều khiển như hình sau.
Hình 3. 8 Card ghép nối ArduinoDue
Sau khi ArduinoDue tính toán ra giá trị điều khiển theo luật điều khiển (3.6), và xuất tín
hiệu điều khiển ra đầu ra DAC của Arduino. Tín hiệu này được khuếch đại bằng mạch
khuếch đại tín hiệu điều khiển và gửi tới biến tần, tác động vào hệ thống.
- 25 -
Hình 3. 9 Bo mạch khuếch đại tín hiệu điều khiển
3.1.7. Bảng điều khiển
Hình 3. 10 Bảng điều khiển
3.1.8. Mô hình thực nghiệm hệ thống cân băng định lượng
Hình 3. 11 Mô hình thực nghiệm hệ thống cân băng định lượng
3.2. Thực nghiệm

3.2.1. Cấu trúc thực nghiệm
SP_Q
V
1.03
Top
0
Stop
1
SP_Q
50
SP
1
Run
Real-Ti me Pacer
Spee dup = 1
Real-Ti me Pacer
Q
Prod
ON/OFF
M
V(m/h )
M(Kg/h)
CBDL
0.97
Botto m
Enable
SP_Q
Ardui noDue
Setup
Arduino1

COM8
Ardui no IO Setup
Hình 3. 12 Cấu trúc thực nghiệm hệ thống cân băng định lượng
3.2.2. Kết quả thực nghiệm
3.2.2.1. Đáp ứng hệ với tín hiệu đầu vào là hàm bước nhảy
- Tín hiệu lưu lượng đặt dạng bước nhảy: Q
đ
= 100 kg/h
- Đáp ứng lưu lượng của hệ: