NGHIÊN CỨU , THIẾT KẾ HỆ THỐNG ÉP VIÊN THỨC ĂN GIA SÚC, GIA CẦM

Báo Cáo Đồ Án Môn Cơ Điện Tử -Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
BỘ CÔNG THƯƠNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

KHOA CƠ KHÍ

**************

Phê chuẩn

Số: ………..

Ngày…… tháng…….năm 2012

ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU , THIẾT KẾ HỆ THỐNG ÉP VIÊN THỨC ĂN GIA
SÚC, GIA CẦM

Giáo viên hướng dẫn :

Bùi Thanh Lâm

Sinh viên thực hiện :

Ngô Văn Thắng
Bùi Văn Tâm

Lê Văn Cường

Lớp

:

ĐH Cơ điện tử 1 – K4

Đề tài : Máy Ép Viên Thức Ăn Gia Súc - Nhóm SV Lớp CĐT1 - K4

Page


Báo Cáo Đồ Án Môn Cơ Điện Tử -Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

LỜI NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
………………………………………
Hà Nội, ngày….tháng…..năm 2012
Đề tài : Máy Ép Viên Thức Ăn Gia Súc - Nhóm SV Lớp CĐT1 - K4

Page


Báo Cáo Đồ Án Môn Cơ Điện Tử -Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

LỜI MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển của thế giới và xu hướng hội nhập kinh tế quốc tế,
đất nước ta đang đổi mới và bước vào thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại
hóa ,vừa xây dựng cơ sở vật chất, vừa phát triển kinh tế đất nước.
Trong đó nông nghiệp cũng không kém phần quan trọng, chính vì vậy việc
phát triển nông nghiệp theo hướng hiện đại đóng vai trò quan trọng trong quá
trình phát triển đất nước.
Chăn nuôi ở nước ta hiện nay được xem là một ngành chính của nông
nghiệp nhằm đáp ứng nhu cầu trong và ngoài nước ngày càng tăng cũng như các
yêu cầu khác về sức kéo và phân bón phục vụ cho nông nghiệp . Muốn chăn

nuôi đạt hiệu quả kinh tế cao ta cần phải nuôi dưỡng gia súc bằng khẩu phần
dinh dưỡng phù hợp với nhu cầu và chức năng của từng loại vật nuôi ,với mức
tiêu thụ thức ăn thấp nhất nhưng lại cho năng suất có ích lớn nhất . Do đó thức
ăn cho gia súc phải đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng, tiêu hóa tốt, không chứa những
chất độc hại , thành phần phù hợp với sự phát triển sinh lý bình thường của từng
loại từng lứa tuổi của gia súc, gia cầm. Thức ăn ở dạng tự nhiên không thể đáp
ứng được yêu cầu trên. Chính vì vậy mà việc sản xuất thức ăn chăn nuôi tổng
hợp trở thành một nhu cầu cấp thiết .
Trước nhu cầu thực tiễn, và được sự góp ý của giáo viên hướng dẫn,
chúng em, nhóm sinh viên lớp Cơ Điện Tử 1- K4 , Trường Đại Học Công
Nghiệp Hà Nội đã mạnh dạn xây dựng và phát triển đề tài :
“ Nghiên cứu, thiết kế hệ thống máy ép viên thức ăn gia súc, gia cầm ”
Tuy nhiên, trong quá trình thực hiện đề tài chúng em còn nhiều bỡ ngỡ, do
kiến thức còn hạn chế và chưa có kinh nghiệm thực tiễn nên trong đồ án còn có
nhiều chỗ thiếu sót và chưa thật hợp lý. Vì vậy, chúng em rất mong nhận được
sự góp ý của thầy, cô để hoàn thành tốt hơn .

Hà Nội, ngày….tháng…..năm 2012
Sinh Viên Thực Hiện :
1. Ngô Văn Thắng
2. Bùi Văn Tâm
3. Lê Văn Cường
Đề tài : Máy Ép Viên Thức Ăn Gia Súc - Nhóm SV Lớp CĐT1 - K4

Page


Báo Cáo Đồ Án Môn Cơ Điện Tử -Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành được đồ án này là kết quả của toàn bộ nỗ lực của bản thân
chúng em trong suốt thời gian theo học tại trường, là toàn bộ năng lực của chúng
em khi bắt tay vào quá trình nghiên cứu. Để được thành công như ngày hôm nay
chúng em không bao giờ quên được sự giúp đỡ và sự giảng dạy rất nhiệt tình
của các Thầy cô Bộ môn Cơ Điện Tử – Khoa Cơ Khí - Trường Đại học Công
Nghiệp Hà Nội. Các Thầy cô là những đội ngũ đi trước rất am hiểu về lĩnh vực
khoa học kỹ thuật đã tận tình giảng dạy và giúp chúng em hoàn thành được rất
nhiều đề tài đồ án rất hay và có ứng dụng nhiều trong thực tế. Và đều không thể
kể đến sự thành công của chúng em ngày hôm nay đó là sự nhiệt huyết tận tình
hướng dẫn của thầy Bùi Thanh Lâm. Thầy đã cùng chúng em đi qua những
ngày khó khăn trong quá trình nghiên cứu và chỉ dẫn của Thầy là niềm động lực
rất lớn đối với chúng em. Và cuối cùng chúng em xin ghi ơn công lao cha mẹ đã
sinh ra và cho chúng em được ăn học đến ngày hôm nay để có cơ hội tiếp cận
với lĩnh vực khoa học, nhờ sự động viên thường xuyên và quan tâm đủ mặt về
phía gia đình là một động lực giúp chúng em vực qua mặt tâm lý, sự chán nản để
chúng em quyết tâm hoàn thành tốt được đề tài này. Chúng em cũng xin cảm ơn
đến các bạn trong lớp “ Cơ Điện Tử 1 – K4 ” đã không ngại chia sẽ về kinh
nghiệm cũng như hỗ trợ các công việc để giúp nhóm em hoàn thành tốt được đồ
án này.
Do năng lực và thời gian còn hạn chế nên việc tìm thêm nhiều tài liệu làm
giàu cho đồ án còn thiếu sót. Chúng em rất mong nhận được nhiều hơn nữa ý
kiến đóng góp của các thầy cô giáo, sự chia sẻ tài liệu của các bạn sinh viên để
chúng em có thể hoàn thiện hơn kiến thức của mình.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Đề tài : Máy Ép Viên Thức Ăn Gia Súc - Nhóm SV Lớp CĐT1 - K4

Page

Báo Cáo Đồ Án Môn Cơ Điện Tử -Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Mục Lục

CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU CHUNG
1.1. Giới thiệu chung
Việt nam là một nước có nền kinh tế đang phát triển với tiềm năng về trồng
trọt và chăn nuôi, mà ngành chăn nuôi chỉ có thể phát triển khi nó đạt được hiệu
quả kinh tế nhất định. Điều đó rõ ràng năng suất chăn nuôi trước hết phụ thuộc vào
việc cung cấp thức ăn cho vật nuôi. Hiện nay việc chăn nuôi kiểu chăn thả tự nhiên
(nuôi quảng canh) đang có xu hướng thu hẹp, do khả năng khống chế dịch bệnh và
các chi phí chăn nuôi cao, mà hình thức chăn nuôi này không mang lại hiệu quả
kinh tế cao….Nhiều nơi, nhiều hộ gia đình đã chuyển sang hướng nuôi công
nghiệp, chăn nuôi theo các quy mô vừa và lớn dưới dạng trang trại hay xí nghiệp.
Đề tài : Máy Ép Viên Thức Ăn Gia Súc - Nhóm SV Lớp CĐT1 - K4

Page


Báo Cáo Đồ Án Môn Cơ Điện Tử -Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Thức ăn chăn nuôi công nghiệp có dạng thức ăn hỗn hợp. Nguồn nguyên liệu
để cung cấp cho việc chế biến thức ăn chăn nuôi phải dựa vào nguồn nguyên liệu
sẵn có rẻ tiền, bảo đảm chất lượng vệ sinh nhất là nấm mốc phải được loại bỏ, vì
thú nuôi rất nhạy cảm với thức ăn nhiều nấm mốc, nấm mốc sinh sản ra độc tố
aflatoxin có thể gây chết hàng loạt .Trong thức ăn chăn nuôi chứa đầy đủ các thành
phần như: Protein, năng lượng, vitamin, chất khoáng, enzim….Nhằm đáp ứng cho
quá trình duy trì tăng trưởng, đẻ trứng ……
Để đáp ứng cho quá trình đó thì phải có các nhà máy sản xuất có trang thiết bị
hiện đại để có thể chế biến ra những loại thức ăn dạng viên.Tuy nhiên kinh phí để

đầu tư một dây chuyền sản xuất thức ăn viên là khá lớn. Vì vậy việc nghiên cứu
thiết kế, chế tạo dây chuyền sản xuất thức ăn chăn nuôi dạng viên có giá thành hạ,
đáp ứng nhu cầu thực tế ở nhiều doanh nghiệp chăn nuôi mang tính cấp thiết cao.
Khó khăn này đã đặt ra cho ngành cơ khí chế tạo máy là tiếp cận với những
thành tựu khoa học hiện đại để có khả năng thiết kế, chế tạo ra các dây chuyền sản
xuất thức ăn chăn nuôi dạng viên nhằm trang bị cho sản xuất và hướng tới tham gia
thị trường chung của thế giới. Kết quả này sẽ khuyến khích và tạo điều kiện thuận
lợi xây dựng nhiều nhà máy thức ăn chăn nuôi dạng viên, tạo sự cạnh tranh lành
mạnh về chất lượng và đáp ứng nhu cầu người chăn nuôi.
Vì những lý do trên chúng em tiến hành thực hiện đề tài:
“Thiết kế chế tạo máy ép viên cho dây truyền sản xuất thức ăn gia súc ”
Từ sau năm 1975 thức ăn chăn nuôi dạng viên ở nước ta vắng mặt trên thị
trường cũng như ngành chăn nuôi Việt Nam chỉ có thức ăn dạng bột mà thôi. Vào
đầu năm 1993 thức ăn chăn nuôi dạng viên thực sự trở lại với thị trường Việt Nam,
nó được xem là sự hiện diện mới nhất và mang lại cho nghành chăn nuôi nhiều lợi
ích.
Hiện nay, thức ăn dạng viên đã tìm được vị trí vững chắc trong nghành chăn
nuôi ở nước ta.
Đề tài : Máy Ép Viên Thức Ăn Gia Súc - Nhóm SV Lớp CĐT1 - K4

Page


Báo Cáo Đồ Án Môn Cơ Điện Tử -Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Đầu tiên xí nghiệp thức ăn gia súc VIFOCO đã đưa thức ăn dạng viên vào
quy trình sản xuất của xí nghiệp vào tháng 2 năm 1993, với nhiều thiết bị nhập từ
Mỹ. Sau đó xí nghiệp đã nhập bộ khuôn mới vào từ đó và từ đó xí nghiệp đã bắt
đầu đi vào ổn định với năng suất cả nhà máy có thể đạt từ 4-6 (tấn/h). Nhưng sản
phẩm xí nghiệp lúc này vẫn chưa được tiêu thụ mạnh do người nông dân chưa

quen loại thức ăn này vào trong chăn nuôi đồng thời giá thành còn cao, chất lượng
còn thấp do hệ thống quá cũ.
Tiếp theo sau đó vào tháng 9 năm 1993 xí nghiệp chế biến thức ăn gia súc
Việt Thái đã phục hồi dây chuyền sản xuất tương tự như dây truyền sản xuất của xí
nghiệp VIFOCO, năng suất có thể đạt từ 4-6 (tấn/h) nhưng vấn đề về chất lượng
thời gian đầu vẫn chưa được thỏa mãn, xong xí nghiệp đã đạt được những thành
quả nhất định.
Tháng 7 năm 1994 xí nghiệp chế biến thức ăn gia súc PROCONO bắt đầu
đi vào hoạt động với dây truyền sản xuất thức ăn viên của Pháp, năng suất 6 tấn/h.
Tháng 1/1995 nhà máy chế biến thức ăn An Phú đã tiến hành lắp ráp dây
chuyền ép viên và đi vào hoạt động tháng 3/1995 với dây chuyền máy Pellet.
Cho đến hiện nay, thức ăn chăn nuôi dạng viên đã được sử dụng rộng rãi ở
nước ta. Nhiều nhà máy thức ăn chăn nuôi đã trang bị hệ thống sản xuất thức ăn
dạng viên, như vào tháng 5/2005 nhà máy thức ăn gia súc Bình Minh đã lắp đặt hệ
thống thức ăn chăn nuôi dạng viên của Buhler (Thụy Sĩ).
Thức ăn gia súc dạng viên chỉ thực sự đến với ngành chăn nuôi vào đầu năm
1993. Thời kỳ đầu đã gặp không ít khó khăn trong sản xuất cũng như trong tiêu
thụ. Do đa số thiết bị là phục hồi lại nên sản phẩm chưa đảm bảo yêu cầu kỹ thuật,
thị trường chưa quen sử dụng thức ăn dạng viên vào chăn nuôi, giá thành còn cao.
Nhưng hiện nay với trang thiết bị mới, hiện đại, chất lượng và năng suất sản phẩm
được cải thiện đáng kể và ổn định được giá thành nên thức ăn dạng viên chiếm một
vị trí quan trọng trong ngành chăn nuôi ở nước ta, đặc biệt là ngành chăn nuôi gia
súc, gia cầm, thủy cầm.
Đề tài : Máy Ép Viên Thức Ăn Gia Súc - Nhóm SV Lớp CĐT1 - K4

Page


Báo Cáo Đồ Án Môn Cơ Điện Tử -Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

1.2. Mục đích nghiên cứu đề tài
- Kiểm nghiệm khả năng vận dụng những kiến thức đã học vào trong đề
tài thực tế.
+ Bài toán định lượng .
+ Bài toán trạm trộn.
+ Bài toán sấy .
+ Bài toán ép viên .
+ Kiến thức liên quan đến PLC.
+ Lập trình cho PLC.
+ Xử lý tín hiệu Loadcell .
+ Thiết kế cơ khí,tính toán các cơ cấu của máy.
- Quá trình làm đồ án rèn cho sinh viên khả năng tìm kiếm tài liệu ,sắp
xếp công việc,làm việc theo nhóm , đưa ra ý tưởng giải quyết , và quyết
định hướng giải quyết đề tài.
1.3. Các vấn đề cần giải quyết
Đây là một đề tài mới có rất nhiều ý tưởng, những suy nghĩ về cơ khí cũng
như phương pháp điều khiển rất phong phú. Với đề tài này trong quá trình
nghiên cứu cũng như thực hiện nhóm đã đưa ra các vấn đề cơ bản sau:
- Xử lý được tín hiệu Loadcell .
- Tính toán điều tiết lượng nước trong bài toán trạm trộn .
- Cơ cấu ép viên phù hợp
- Đưa ra được phương pháp sấy nhanh , hiệu quả , đồng thời phù hợp với đề
tài .
- Lựa chọn động cơ phù hợp với từng cơ cấu làm việc. Động cơ yêu cầu
vừa khỏe lại phải nhỏ gọn.
- Thiết kế khung cơ khí vững chắc, kết cấu bền vững có thể chiu được va
đập mạnh và có tính thẩm mỹ.
- Tìm hiều và lập trình PLC S7 – 200 cho hệ thống
- Thiết kế hệ thống điều khiển cho máy: Các mạch điều khiển, mạch lực,
ngôn ngữ lập trình, cách thức điều khiển .

- Có tính ứng dụng cao trong thực tế đời sống.
1.4. Phương hướng xây dựng đề tài
 Chúng em chủ động tìm hiểu một số dây chuyền sản xuất thức ăn dạng
viên đang có trên thị trường, tìm kiếm các mô hình có sẵn trên internet
như các ấn phẩm gồm có các giáo trình: thức ăn gia súc,máy gia công cơ
học,chi tiết máy,máy nâng chuyển để tham khảo, học hỏi, kế thừa những

Đề tài : Máy Ép Viên Thức Ăn Gia Súc - Nhóm SV Lớp CĐT1 - K4

Page


Báo Cáo Đồ Án Môn Cơ Điện Tử -Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

cách làm của các thầy,các anh chị đi trước trong lĩnh vực này và sáng tạo
ra những cái mới,có tính khả thi hơn áp dụng vào đề tài của mình
 Liên tục gặp thầy hướng dẫn để có những góp ý của thầy, sau đó kết hợp

với ý tưởng của nhóm để có được một ý tưởng hoàn chỉnh.
 Phân công công việc cho từng người trong nhóm nhưng vẫn có sự hỗ trợ

lẫn nhau giữa các thành viên.
 Tìm hiểu cấu tạo và nguyên lý hoạt động các máy móc thiết bị trong dây
chuyền lắp đặt trong dây chuyền dự kiến sẽ thiết kế.
 Khảo nghiệm xác định các thông số kỹ thuật của các máy móc, thiết bị
được dùng trong dây chuyền này.
 Liên lạc với các công ty đặt hàng linh kiện, đồng thời đi tìm kiếm những

thứ có sẵn trên thị trường, mua đầy đủ những đồ cần thiết.
 Xây dựng một mô hình thực trong đó gồm có các công đoạn sau:

 Định lượng các loại nguyên liệu bằng cảm biến loadcell.
 Trộn các loại nguyên liệu và có phun thêm nước vào để trộn ướt.
 Ép và cắt thành viên.
 Sấy khô thức ăn sau khi ép.
 Đóng gói sản phẩm.
 Chúng em sẽ xây dựng mô hình 3D đầu tiên để có thể tìm được một cách

bố trí kết cấu cơ khí hợp lý nhất. Tiếp theo là thiết kế đến hệ thống mạch
điều khiển cho dây chuyền.
 Đánh giá chất lượng và đề xuất nâng cao chất lượng và hiệu quả của dây
chuyền.
1.5. Ứng dụng của đề tài trong thực tế
 Trước hết,đề tài của chúng em có thể trở thành mô hình thực hành,thí
nghiệm cho các bạn sinh viên học trong các khoa cơ khí, điện tử.
 Đề tài có thể ứng dụng để phục vụ các hộ gia đình nông thôn có chăn
nuôi theo phương pháp hộ gia đình, nhỏ lẻ.
 Dây chuyền có thể được nâng cấp,cải tiến,thiết kế thêm để phục vụ cho
quá trình sản xuất thức ăn trong các xưởng thức ăn vừa và nhỏ.

Đề tài : Máy Ép Viên Thức Ăn Gia Súc - Nhóm SV Lớp CĐT1 - K4

Page


Báo Cáo Đồ Án Môn Cơ Điện Tử -Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ÉP VIÊN THỨC ĂN GIA
SÚC, GIA CẦM
2.1Tổng quan về cảm biến lực loadcell
2.1.1 Khái niệm

Load cell là thiết bị cảm biến dùng để chuyển đổi lực hoăc 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.
Load cell thường được sử dụng để cảm ứng các lực lớn, tĩnh hay các lực
biến thiên chậm. Một số trường hợp load cell được thiết kế để đo lực tác động
mạnh phụ thuộc vào thiết kế của load cell.

Hình 2. 1: Một số loại load cell thông dụng

Đề tài : Máy Ép Viên Thức Ăn Gia Súc - Nhóm SV Lớp CĐT1 - K4

Page


Báo Cáo Đồ Án Môn Cơ Điện Tử -Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

2.1.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
2.1.2.1

Cấu tạo

Load cell 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 chỉ
nhỏ bằng móng tay, có 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 2. 2: Cấu tạo của Button Load cell
2.1.2.2

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 2.3: Mạch cầu Wheatstone
2.1.3 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 load cell có thể đo
được.
- Dải bù nhiệt độ: là khoảng nhiệt độ mà đầu ra load cell 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.
Đề tài : Máy Ép Viên Thức Ăn Gia Súc - Nhóm SV Lớp CĐT1 - K4

Page


Báo Cáo Đồ Án Môn Cơ Điện Tử -Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
-

-

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 load cell (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 load
cell 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 load cell và thiết bị kết nối dòng điện.
Phá hủy cơ học: giá trị tải trọng mà load cell 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: là công suất mà load cell có thể vượt quá (ví dụ: 125%
công suất).
Hệ số tác động của nhiệt độ: Đại lượng được đo ở chế độ có tải, là sự thay
đổi công suất của load cell 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 load cell
tăng thêm 0.01%).
Hệ số tác động của nhiệt độ tại điểm 0: giống như trên nhưng đo ở chế độ
không tải.

2.1.4 Phân loại
 Có thể phân loại loadcells như sau:
- Phân loại Loadcell theo lực tác động: chịu kéo (shear loadcell),
chịunén (compression loadcell), dạng uốn (bending), chịu xoắn

(TensionLoadcell) ...
- Phân loại theo hình dạng: dạng đĩa, dạng thanh, dạng trụ, dạng
cầu,dạng chữ S…
- Phân loại theo kích thước và khả năng chịu tải: loại bé, vừa, lớn.
 Một số hình ảnh về các loại load cell:

Đề tài : Máy Ép Viên Thức Ăn Gia Súc - Nhóm SV Lớp CĐT1 - K4

Page


Báo Cáo Đồ Án Môn Cơ Điện Tử -Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Hình 2.4: Load cell kiểu Z (S)

Hình 2.5: Load cell kiểu uốn

Đề tài : Máy Ép Viên Thức Ăn Gia Súc - Nhóm SV Lớp CĐT1 - K4

Page


Báo Cáo Đồ Án Môn Cơ Điện Tử -Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Hình 2.6: Load cell nút bấm (kiểu nén)

Hình 2.7: Single point Load cell

Hình 2.8: Miniature Load cell (loại bé)
2.1.5 Ứng dụng của load cell.

 Một ứng dụng khá phổ biến thường thấy của load cell là được sử dụng trong các
loại cân điện tử hiện nay.

Đề tài : Máy Ép Viên Thức Ăn Gia Súc - Nhóm SV Lớp CĐT1 - K4

Page


Báo Cáo Đồ Án Môn Cơ Điện Tử -Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Hình2.9: Cân kĩ thuật
Từ ứng dụng trong những chiếc cân kĩ thuật đòi hỏi độ chính xác cao cho tới
những chiếc cân có trọng tải lớn trong công nghiệp như cân xe tải.

Hình 2.10:Cân xe tải
 Một số ứng dụng khác:
- Trong ngành công nghệ cao:

Với nền khoa học kĩ thuật tiên tiến hiện nay thì loại load cell cỡ nhỏ cũng
được cải tiến công nghệ và tính ứng dụng cao hơn. Như hình minh hoạ, loại
load cel này được gắn vào đầu của ngón tay robot để xác định độ bền kéo và
lực nén tác động vào các vật khi chúng cầm nắm hoặc nhấc lên.

Đề tài : Máy Ép Viên Thức Ăn Gia Súc - Nhóm SV Lớp CĐT1 - K4

Page


Báo Cáo Đồ Án Môn Cơ Điện Tử -Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Hình 2.11 Loadcell gắn vào cánh tay robot
- Phân phối đều trọng lượng trong công nghiệp:
Công nghệ sử dụng:
Các thế bào tải(load cell LSB and LCF Series) kết hợp với các thiết bị định
hướng và thu thập dữ liệu qua máy tính hoặc PLC
Sơ lược hoạt động:
Các load cell được thiết kế để phù hợp với các ứng dụng tự động hóa
trong công nghiệp để phân phối đều trọng lượng sản phẩm. Như thể hiện
trong sơ đồ dưới đây, load cell được lắp đặt trong dây chuyền tự động hóa,
giám sát việc phân phối khối lượng vào từng bao bì một cách chính xác.

Đề tài : Máy Ép Viên Thức Ăn Gia Súc - Nhóm SV Lớp CĐT1 - K4

Page


Báo Cáo Đồ Án Môn Cơ Điện Tử -Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Hình 2.12 Hệ thống cân tự động
Hệ thống hoạt động:
+ Một tế bào tải được kết nối với thiết bị đo cần thiết.
+ Khi khối lượng sản phẩm cho phân phối vào thùng đủ yêu cầu, load cell
sẽ phát ra tín hiệu tới bộ diều khiển băng tải để băng tải ngừng làm
việc.
+ Tín hiệu khi băng tải dừng được truyền đến hệ thống phân phối thùng
chứa để xuất thùng chứa.
+ Khi thùng chứa được phân phối sẽ phát ra tín hiệu để hệ thống phân
phối sản phẩm tiếp tục hoạt động.
- Ứng dụng trong cầu đường:
Các load cell được sử dụng trong việc cảnh báo độ an toàn cầu treo. Load

cell được lắp đặt trên các dây cáp để đo sức căng của cáp treo và sức ép chân
cầu trong các điều kiện giao thông và thời tiết khác nhau. Các dữ liệu thu
được sẽ được gửi đến một hệ thống thu thập và xử lí số liệu. sau đó số liệu sẽ
được xuất ra qua thiết bị truy xuất như điện thoại, máy tính, LCD. Từ đó có
sự cảnh báo về độ an toàn của cầu. Từ đó tìm ra các biện pháp cần thiết để sửa
chữa kịp thời.

Đề tài : Máy Ép Viên Thức Ăn Gia Súc - Nhóm SV Lớp CĐT1 - K4

Page


Báo Cáo Đồ Án Môn Cơ Điện Tử -Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Hình 2.13 Loadcell cảnh báo độ an toàn của cầu
2.1.6 Các loại Load cell cơ bản
2.1.6.1

Load cell tương tự

a) Khái niệm
Load cell cảm biến sức căng, biến đổi thành tín hiệu điện gọi là load cell
tương tự. Tínhiệu này được chuyển thành thông tin hữu ích nhờ các thiết bị đo
lường như bộ chỉ thị.
Mỗi load cell tải một đầu ra độc lập, thường 1 đến 3 mV/V. Đầu ra kết
hợp được tổng hợp dựa trên kết quả của đầu ra từng load cell. Các thiết bị đo
lường hoặc bộ hiển thị khuyếch đại tín hiệu điện đưa về, qua chuyển đổi
ADC, vi xử lý với phần mềm tích hợp sẵn thực hiện tính toán chỉnh định
vàđưa kết quả đọc được 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 như máy tính hoặc

máy in.
b) Ưu điểm và nhược điểm
 Ưu điểm:
Ưu điểm chính của công nghệ này là xuất phát từ yêu cầu thực tế, với
những tham số xác định trước, sẽ có các sản phẩm thiết kế phù hợp cho từng
Đề tài : Máy Ép Viên Thức Ăn Gia Súc - Nhóm SV Lớp CĐT1 - K4

Page


Báo Cáo Đồ Án Môn Cơ Điện Tử -Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

ứng dụng của người dùng. Ở đó các phần tử cảm ứng có kích thước và hình
dạngkhác nhau phù hợp với yêu cầu của ứng dụng.
Các dạng phổ biến: dạng kéo (shear), dạng uốn (bending), dạng nén
(compression)…
 Nhược điểm:
Tín hiệu điện áp đầu ra của load cell rất nhỏ(thường không quá 30mV).
Những tín hiệu nhỏ như vậy dễ dàng bị ảnh hưởng của nhiều loại nhiễu trong
công nghiệp như:
Nhiễu điện từ: sinh ra bởi quá trình truyền phát các tín hiệu điện trong môi
trường 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 thường của nhiệt
độ môi trường 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 lường càng tốt. Cách giải quyết thông thường vẫn dùng là giảm
thiểu dung sai đầu ra của load cell. Tuy nhiên giới hạn của công nghệ không
cho phép vượt quá con số mong muốn quá nhỏ. Trong khi nối song song
nhiều load cell với nhau, mỗi load cell tải với một đầu ra độc lập với các load

cell khác trong hệ thống, do đó để đảm bảo giá trị đọc nhất quán, ổn định và
không phụ thuộc vào vị trí, hệ thống yêu cầu chỉnh định đầu ra với từng load
cell riêng biệt. Công việc này đòi hỏi tốn kém về thời gian, đặc biệt với những
hệ thống yêu cầu độ chính xác cao hoặc trong các ứng dụng khó tạo tải kiểm
tra như cân tank, cân xilô…
Tín hiệu ra chung của một hệ nhiều load cell dựa trên cơ sở đầu các tín
hiệu ra trung bình của từng load cell. Điều đó gây nên dễ xảy ra hiện tượng có
load cell bị lỗi mà không được nhận biết. Một khi đã nhận ra thì cũng khó
khăn trong việc xác định load cell nào lỗi, hoặc khó khăn trong yêu cầu sử
dụng tải kiểm tra, hay yêu cầu sử dụng các thiết bị đo lường như đồng hồ voltampe với độ chính xác cao, đặc biệt trong điều kiện nhà máy đang hoạt động
liên tục.
Thực tế còn rất nhiều yếu tố khác liên quan đến độ chính xác của hệ thống
cân như:
• Quá trình chỉnh định hệ thống.
• Nhiễu rung và ồn.
Đề tài : Máy Ép Viên Thức Ăn Gia Súc - Nhóm SV Lớp CĐT1 - K4

Page


Báo Cáo Đồ Án Môn Cơ Điện Tử -Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
• Do tác dụng chuyển hướng lực trong các cơ cầu hình ống.
• Quá trình phân tích dò tìm lỗi.
• Thay thế các thành phần trong hệ thống cân hoặc các hệ thống liên

quan.
• Đi dây cáp tín hiệu dài.
• Môi trường hoạt động quá kín ...
Không thể tính toán được trước các yếu tố ảnh hưởng này để có thể mô
hình hóa trong quá trình phân tích và thiết kế. Trong khi đó điều kiện làm việc

ởmỗi nơi rất khác nhau, thiết bị đo ở cách xa cảm biến, tín hiệu truyền dẫn
yếu, dễ bị tiêu hao và nhiều loại nhiễu tác động, đặc biệt với môi trường làm
việc khắc nghiệt trong nhà máy và xí nghiệp. Tín hiệu đưa về đến thiết bị
đolường khó phản ảnh trung thực giá trị thực tế.
Trong khi đó, các bộ hiển thị hiện nay thường dùng hệ vi xử lý tốc độ
thấp,năng lực tính toán không cao, ít thiết bị tích hợp các thuật toán xử lý
chỉnh định các số liệu thu thập về, hoặc nếu có còn ở mức độ đơn giản. Do
các bộhiển thị sử dụng với nhiều loại load cell khác nhau nên các thuật toán
chỉnhđịnh chỉ mang tính tương đối, không triệt để, đặc biệt là chưa có thiết bị
nàotích hợp tính năng bù sai lệch do nhiệt độ. Chức năng lọc nhiễu điện
từtrường cho tín hiệu đo của các thiết bị này còn rất kém. Một yếu điểm nữa
làtần số lấy mẫu thấp, do đó không thể áp dụng trong các ứng dụng mà lực
tácdụng biến đổi nhanh (cân động) như các hệ thống cân bằng liên tục,…
2.1.6.2
a

Loadcell số

Khái niệm, sự ra đời
Thời gian ra đời: Từ cuối những năm 1970

Về cơ bản load cell số là sự tích hợp giữa load cell tương tự với công
nghệ điện tử hiện đại.
Ban đầu, khi khái niệm load cell số mới ra đời, nhiều người hiểu lầm là
các load cell số có các phần tử điện tiêu hao thấp có thể được sử dụng để
chuyển đổi một load cell chất lượng thấp lên một load cell chất lượng cao.
Thực tế thì ngược lại, 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 dịnh và khả năng
lặp lại rất cao trong mọi điều kiện làm việc.

-Thứ hai: Phải có một bộ chuyển đổi tương tự-số (ADC) 16 đến 20 bit tốc độ cao
để chuyển đổi tín hiệu điện tương tự sang dạng số.
Đề tài : Máy Ép Viên Thức Ăn Gia Súc - Nhóm SV Lớp CĐT1 - K4

Page


Báo Cáo Đồ Án Môn Cơ Điện Tử -Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
-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 được thành dữ liệu số thể hiện trung thực nhất và
giao tiếp với các thiết bị khác để trao đổi thông tin.

Hình 2.14: Cấu trúc cơ bản một loại load cell số
c) Hoạt động:
Tín hiệu điện áp từ cầu điện trở của load cell chính xác cao được đưa 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
được 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 ưu hóa xử lý
các sai số do không tuyến tính, bù sai đường đặc tính, khả năng phục hồi trạng
thái và ảnh hưởng của nhiệt độ… được vi xử lý tốc độ cao xử lý. Dữ liệu kết quả
đầu ra được truyền đi xa qua cổng giao tiếp theo một giao thức nhất định. Các
module điện tử này có thể được đặt ngay trong loadcell, load cell cable hoặc
trong hộp junction box. Các đặc tính tới hạn của từng load cell được đặt trong
EEPROM nằm trong module của load cell đó, điều đó cũng có nghĩa là mọi vấn
đề xử lý sai số được thực hiện ngay tại load cell, với chính load cell đó, cũng có
nghĩa là phép bù sai số được thực hiện khá triệt để.
Một hệ thống số điển hình bao gồm một số các load cell số nối với máy

tính, PLC hoặc thiết bị đo như bộ hiển thị. Bên trong hệ thống, mỗi load cell
Đề tài : Máy Ép Viên Thức Ăn Gia Súc - Nhóm SV Lớp CĐT1 - K4

Page


Báo Cáo Đồ Án Môn Cơ Điện Tử -Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

độclập có thể được nhận dạng bằng địa chỉ làm việc của nó. Địa chỉ làm việc
đócó thể được cài đặt do người lập trình thông qua một hoặc nhiều địa chỉ cung
cấp bởi nhà máy. Thông thường địa chỉ “0” được sử dụng như là một địa chỉ làm
cho tất cả các load cell trả lời, trong khi các số nối tiếp của load cell có thể được
sử dụng để yêu cầu một địa chỉ xác định.
Các load cell số hoạt động trên một chương trình điều khiển
kiểuMaster/Slave, ở đó định nghĩa một thiết bị (thường là PC hoặc indicator)
làmaster 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 ưu điểm trong sự mềm dẻo và nắm bắt lỗi, trong khi chế độ
haihướng đến tốc độ giao tiếp. Hầu hết các load cell số kết nối theo chuẩnRS485
hoặc RS422. Cả hai kiểu giao thức đều có các đặc tính tương tự nhaucung cấp
một môi trường multi-drop. Việc giao tiếp giữa các thiết bị nốitrên mạng dựa
trên giao thức quy định bởi nhà sản xuất.Có lẽ điểm khác biệt quan trọng nhất
giữa hệ thống load cell tương tự và sốlà mặc dù nối với nhau nhưng mỗi load
cell số hoạt động như là một thiết bị độc lập.
d) Ưu điểm và nhược điểm
 Ưu điểm:
-Tín hiệu ra số “khỏe”, rất ít bị ảnh hưởng của nhiễu điện từ hoặc thayđổi nhiệt
độ thất thường trên đường dây cable dẫn.
-Khoảng cách dây cáp dẫn có thể kéo dài đến 1200m.

-Dễ dàng thay thế load cell.
-Dữ liệu số có thể xử lý trực tiếp bằng máy tính, PLC hoặc trên bộ hiển thị khi
cần.
-Mỗi load cell 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 ưu hóa hệ thống dễ dàng qua phân tích từng thànhphần tích
hợp.
-Cân bằng các góc cân có thể thực hiện bằng thiết bị. Thay đổi, sửa lỗimột load
cell không ảnh hưởng đến các load cell khác. Công việc thựchiện 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.
-Load cell 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.

Đề tài : Máy Ép Viên Thức Ăn Gia Súc - Nhóm SV Lớp CĐT1 - K4

Page


Báo Cáo Đồ Án Môn Cơ Điện Tử -Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
-Nhiều hệ thống có thể kết nối và điều khiển bởi một trạm. Chỉ đơn giản làmở

rộng đường dây cable. Tiết kiệm phần cứng. phần mềm dễ dàng phát triển.
Những ưu điểm của hệ load cell số cho phép trong các ứng dụng độ chínhxác
cao và chống chịu nhiễu tốt, đặc biệt ở những ứng dụng yêu cầu các điểm đo
nằm phân tán trên phạm vi rộng.
2.1.7 Kết nối load cell
2.1.7.1

Load cell tương tự

Hình 2.15: Sơ đồ đấu dây
Trong đó:
+Excitation (Điện áp kích thích) là đầu vào dương của điện áp cung cấp
–Excitation là đầu vào âm của điện áp cung cấp
+Output là tín hiệu ra dương của load cell
–Output là tín hiệu ra âm của load cell
+sense và –sense là các dây dẫn đựoc nối trực tiếp với Excitation.
Nóichung để tránh nhiễu. Có loại Loadcell thì có, có loại thì không. Có thể
nốicũng dược mà không nối cũng được. Nhưng nhà sản xuất khuyến cáo là
nênnối.
2.1.7.2

Load cell số

Load cell số cho phép với trong nhiều ứng dụng khác nhau. Dưới đây là 4
mô hình ứng dụng điển hình.
Chú ý: Đầu ra của loadcell số có thể được thiết kế theo giao diện
Profilebus PC, DeviceNet, EtherNet/IP, ModBus, RS232,RS422,RS485, 4Đề tài : Máy Ép Viên Thức Ăn Gia Súc - Nhóm SV Lớp CĐT1 - K4

Page


Báo Cáo Đồ Án Môn Cơ Điện Tử -Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

20mA, 0-10VDC. Thậm chí có cả giao tiếp qua cổng USB. Nên ta có thể tùy
chọn loại Loadcell có giao diện phù hợp và có thể kết nối trực tiếp đến PLC,
PC,…
 Mô hình 1:

Các load cell số cung cấp đầu ra theo giao diện RS422 hoặc RS 485. Các
load cell nối với nhau thành cấu trúc hình sao. Junction Box hỗ trợ nối song
song 8 load cell số. Card RS422/RS485 cho phải kết nối trực tiếp đến máy
tính PC hoặc PLC.

Hình 2.16: Mô hình ứng dụng 1
 Mô hình 2:

Mô hình này chỉ khác với mô hình 1 là có thêm các thiết bị bảo vệ SPD
cho hệ thống load cell với máy tính chủ, chống lại các ảnh hưởng có hại như
xung điện hoặc quá áp.

Hình 2.17: Mô hình ứng dụng 2

Đề tài : Máy Ép Viên Thức Ăn Gia Súc - Nhóm SV Lớp CĐT1 - K4

Page


Báo Cáo Đồ Án Môn Cơ Điện Tử -Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
 Mô hình 3:

Với hệ thống load cell số, các load cell có thể hoạt động như các thiết bị
độc lập, nhận dạng trong hệ thống bằng địa chỉ của nó. Vì vậy, nhiều hệ thống
có thể cùng dùng chung một thiết bị điều khiển, đơn giản chỉ cần đi đường
dây mạng liên kết chúng về một trạm điều khiển. Thông thường một trạm chủ
này có thể quản lý được đến 32 load cell số.

Hình 2.18: Mô hình ứng dụng 3
 Mô hình 4:

Trong mô hình này, bộ hiển thị đóng vai trò là trạm chủ giao tiếp trực tiếp
với các load cell hoặc với Junction Box. Ngoài chức năng hiển thị, bộ hiển thị
này có thể thực hiện một số chức năng điều khiển khác thông qua các đầu vào
ra

Hình 2.19: Mô hình ứng dụng 4

Đề tài : Máy Ép Viên Thức Ăn Gia Súc - Nhóm SV Lớp CĐT1 - K4

Page