Nghiên cứu và xây dựng hệ thống kiểm định cân băng tải

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------Họ và tên : Nguyễn Công Trung

TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG
HỆ THỐNG KIỂM ĐỊNH CÂN BĂNG TẢI

Chuyên ngành : Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
ĐO LƢỜNG VÀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

NGƢỜI HƢỚNG DẪN
1. PGS. TS. NGUYỄN QUỐC CƢỜNG

Hà Nội – Năm 2015

1


MỤC LỤC

Lời cam đoan ..................................................................................................... 4
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt ............................................................. 5
Danh mục các bảng ........................................................................................... 6
Danh mục các hình vẽ ....................................................................................... 7
LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................... 9
CHƢƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÂN BĂNG TẢI, CÁC YÊU CẦU
KỸ THUẬT, YÊU CẦU ĐO LƢỜNG CÂN BĂNG TẢI. ............................ 11
1.1.Giới thiệu chung về cân băng tải: ......................................................... 11

1.2.Yêu cầu kỹ thuật và yêu cầu đo lƣờng của cân băng tải ....................... 15
1.2.1. Yêu cầu kỹ thuật............................................................................ 15
1.2.2. Yêu cầu đo lƣờng .......................................................................... 16
1.2.3. Thực hiện kiểm định ..................................................................... 18
1.3. Yêu cầu kỹ thuật của hệ thống kiểm định cân băng tải ....................... 19
CHƢƠNG 2: PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG KIỂM ĐỊNH CÂN
BĂNG TẢI. ..................................................................................................... 21
2.1 Cơ sở thiết kế: ....................................................................................... 21
2.2. Thiết kế chung: ..................................................................................... 23
CHƢƠNG 3: PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHẦN CỨNG ............ 28
3.1. Thiết kế thiết bị đo dịch chuyển băng tải: ............................................ 28
3.1.1. Thiết kế phần cơ khí :.................................................................... 28
3.1.2. Thiết kế phần điện : ....................................................................... 29
3.1. 2.1. Thiết kế phần điện các khối chứng năng: ............................. 30
3.1.2.2 Thiết kế tổng quan phần điện thiết bị đo chiều dài dịch chuyển
băng tải. ............................................................................................... 34
3.2. Thiết kế phần cứng thiết bị chụp hình màn hình chỉ thị: ..................... 36
2


CHƢƠNG 4: PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHẦN MỀM .............. 39
4.1. Thiết kế hệ thống phần mềm thiết bị đo chiều dài dịch chuyển băng tải
..................................................................................................................... 39
4.2. Thiết kế hệ thống phần mềm thiết bị chụp ảnh màn hình chỉ thị ......... 44
CHƢƠNG 5: KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ ..................................................... 46
5.1 Kết quả : ................................................................................................ 46
5.2. Ƣớc lƣợng độ không đảm bảo đo......................................................... 50
5.2.1.Ƣớc lƣợng độ không đảm bảo đo phép đo dịch chuyển băng tải ...... 50
5.2.2. Độ không đảm bảo đo do sự chênh lệch thời gian chụp ảnh tại hai
thời điểm “Start” và “Stop”......................................................................... 52

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 56
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 58
PHỤ LỤC ........................................................................................................ 59

3


Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và không
trùng lặp với các đề tài khác.
Tác giả luận văn ký tên

4


Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
ĐLVN: Đo lƣờng Việt Nam
RTC: Khối thời gian thực (Real time clock)
MCU: Khối vi điều khiển (Micro Control Unit)
mpe: sai số lớn nhất cho phép (g, kg, tấn)
∑min : là tải trọng tổng nhỏ nhất tính bằng đơn vị đo khối lƣợng, mà dƣới nó, cân có
sai số tƣơng đối sẽ lớn.
Qmax : là năng suất lớn nhất tƣơng ứng với mức cân lớn nhất (của cơ cấu cân) và tốc
độ lớn nhất của băng.
Qmin: là năng suất nhỏ nhất mà trên đó kết quả cân phù hợp với yêu cầu của quy
trình ĐLVN 03- Cân băng tải – quy trình kiểm định.
GCN: Giấy chứng nhận
ĐKĐBĐ : Độ không đảm bảo đo

5


Danh mục các bảng

Bảng 1 Sai số lớn nhất cho phép của cân băng tải [1] .................................. 16
Bảng 2 Bảng kết quả đo thời gian chụp ảnh của hệ thống ............................. 54
Bảng 3 Bảng tổng hợp các thành phần độ không đảm bảo đo ....................... 55

6


Danh mục các hình vẽ

Hình 1. 1 Một số hình ảnh về cân băng tải tại nhà máy Dap2 tại Lào Cai ..... 12
Hình 1. 2 Hình ảnh một giƣờng cân, và con lăn (màu xanh)[5] ..................... 13
Hình 2. 1 Sơ đồ khối hệ thống kiểm định cân băng tải. .................................. 21
Hình 2. 2 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn LM2576 ........................................... 24
Hình 3. 2 Mô hình 3D phần cơ khí ................................................................. 28
Hình 3. 3 Sơ đồ khối thiết bị đo dịch chuyển băng tải .................................... 29
Hình 3. 4 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn ........................................................... 30
Hình 3. 5 Sơ đồ chân kết nối cảm biến từ và encoder với Vi điều khiển ....... 31
Hình 3. 6 Sơ đồ kết nối màn hình hiển thị ...................................................... 31
Hình 3. 7 Sơ đồ kết nối MCU ......................................................................... 32
Hình 3. 8 Sơ đồ nguyên lý khối bàn phím ...................................................... 33
Hình 3. 9 Sơ đồ nguyên lý khối RTC.............................................................. 33
Hình3. 10 Sơ đồ nguyên lý mạch điện thiết bị đo chiều dài dịch chuyển băng
tải ..................................................................................................................... 34
Hình 3. 11. Sơ đồ mạch in mạch điện thiết bị đo chiều dài dịch chuyển băng
tải ..................................................................................................................... 34

Hình 3. 12 Sơ đồ 3D mạch điện thiết bị đo chiều dài dịch chuyển băng
tải.(Top layer) .................................................................................................. 35
Hình 3. 13 Sơ đồ khối thiết bị chụp ảnh màn hình (sử dụng camera điện thoại)
......................................................................................................................... 36
Hình 3. 14 Sơ đồ nguyên lý mạch điện thiết bị chụp hình chỉ thị .................. 37
Hình 3. 15 Sơ đồ mạch in thiết bị chụp hình chỉ thị ....................................... 38
Hình 3. 16 Sơ đồ 3D mạch điện thiết bị chụp hình chỉ thị ............................. 38

7


Hình 4. 1 Sơ đồ khối chức năng phần mềm thiết bị đo chiều dài dịch chuyển
băng tải ............................................................................................................ 39
Hình 4. 2 Sơ đồ cây hiển thị LCD ................................................................... 42
Hình 4. 3 Sơ đồ khối chức năng phầm mềm thiết bị chụp ảnh màn hình chỉ thị
......................................................................................................................... 44

Hình 5. 1 Những hình ảnh thực tế thiết bị đo chiều dài dịch chuyển băng tải 47
Hình 5. 2 Hình ảnh thực tế mạch điện thiết bị chụp ảnh màn hình định lƣợng.
......................................................................................................................... 48
Hình 5. 3 Mạch điện thiết bị đo chiều dài dịch chuyển băng tải .................... 49
Hình 5. 4 Hình ảnh lắp đặt ngoài hiện trƣờng................................................. 50

8


LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, đất nƣớc ta vẫn đang trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại
hóa và đi đôi với nó là tốc độ phát triển công nghiệp luôn ở mức cao, Đảng và nhà
nƣớc cũng đã có những chính sách thu hút đầu tƣ vốn nƣớc ngoài, gần đây nhất dự

án Khu công nghiệp VSIP Nghệ An (Việt Nam – Singapore) mới đƣợc đƣa vào
khởi công xây dựng tháng 09/2015… Cùng với đó sự phát triển của các công ty đa
quốc gia nhƣ Công ty Samsung của Hàn Quốc… Và đi đôi với sự phát triển công
nghiệp thì không thể thiếu “Đo lƣờng”. Đo lƣờng tham gia vào mọi hoạt động xã
hội và diễn ra hằng ngày mọi lúc mọi nơi . Đo lƣờng đảm bảo cho quá trình đo đƣợc
thống nhất và về các phƣơng pháp nhằm đạt đƣợc độ chính xác yêu cầu. Đo lƣờng
đóng vai trò to lớn trong việc xây dựng phƣơng pháp và thiết bị đo và giải quyết
hầu hết các bài toán đặt ra của kỹ thuật đo lƣờng, phục vụ cho các bài toán thiết kế
hay chế tạo hay xây dựng các quy trình sản xuất.Và tất yếu, các thiết bị cân đo đong
đếm (thiết bị đo lƣờng) luôn luôn cần thiết và sử dụng rất nhiều trong các quy trình
sản xuất, quy trình kiểm tra chất lƣợng sản phẩm hàng hóa... Nhƣ chúng ta đã biết,
Khối lƣợng là một trong bảy đơn vị cơ bản trong hệ SI. Trong đời sống xã hội, phép
cân thƣơng mại diễn ra hằng ngày cùng với sự phát triển của kinh tế, phép cân cũng
đƣợc thực hiện trong quá trình sản xuất để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật của sản
phẩm… Qua đó, ta thấy đƣợc rằng phép cân có ý nghĩa vô cùng to lớn trong xã hội.
Và trong khuôn khổ đề tài này, tôi chỉ đề cập tới lĩnh vực mà tôi hiện đang công tác
là lĩnh vực Đo lƣờng Khối Lƣợng, cụ thể hơn về một loại cân đó là hệ thống cân
băng tải định lƣợng.
Cân băng sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, nhƣng việc định lƣợng qua
cân băng tải có chính xác hay không? Cân băng tải đang đƣợc sử dụng tại một nhà
máy nào đó liệu có đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, yêu cầu đo lƣờng theo văn bản đo
lƣờng pháp quy của nhà nƣớc hay không? Và phƣơng pháp đánh giá đang thực hiện
có sử dụng đồng hồ bấm giây, thƣớc cuộn bộc lộ nhiều hạn chế sẽ đƣợc trình bày

9


trong phần sau. Từ những lý do trên, tôi đã chọn đề tài : Nghiên cứu và xây dựng hệ
thống kiểm định cân băng tải.
Hệ thống kiểm định cân băng tải sử dụng xích chuẩn đã có từ rất lâu, và dựa

theo các văn bản đo lƣờng pháp quy của nhà nƣớc. Năm 1998, Tổng cục tiêu chuẩn
đo lƣờng chất lƣợng đã cho ra đời văn bản đo lƣờng pháp quy ĐLVN 03:1998 “Quy
trình kiểm định cân băng tải”. Năm 2009, Tổng cục đo lƣờng chất lƣợng ban hành
văn bản pháp quy ĐLVN 03:2009 “Quy trình kiểm định cân băng tải” và đƣợc áp
dụng từ năm 2009 tới nay…
Mục đích nghiên cứu của luận văn nhằm nâng cao độ chính xác trong việc
đánh giá yêu cầu đo lƣờng, yêu cầu kỹ thuật của cân băng tải dựa trên văn bản đo
lƣờng pháp quy hiện hành ĐLVN 03 – Cân băng tải – quy trình kiểm định,khắc
phục các hạn chế của phƣơng pháp đang đƣợc thực hiện có sử dụng đồng hồ bấm
giây, thƣớc mét, xích chuẩn nhằm cải tiến phép kiểm định cân băng tải. Đối tƣợng
nghiên cứu trong luận văn là cân băng tải hay cân băng định lượng cấp chính xác
0,5 là cân băng tải có cấp chính xác cao nhất.
Đề tài nhằm mục đích Nghiên cứu và xây dựng một thiết bị đo dịch chuyển
băng tải và và một thiết bị tự động chụp màn hình chỉ thị tại hai thời điểm bắt đầu –
“Start” và kết thúc – “Stop” của mỗi chu trình đo, từ đó đánh giá sai số cân băng
tải qua sự sai khác giữa khối lƣợng chỉ thị thực tế I chạy qua băng tải và khối lƣợng
tính toán M. Từ đó hệ thống cung cấp những thông số quan trọng trong việc hiệu
chỉnh lại các thông số của cân băng tải nhƣ: chiều dài dịch chuyển băng tải trong số
nguyên lần vòng băng (m), thời gian chạy hết số nguyên lần vòng băng tải đó (s)...
Trong luận văn này, tôi sử dụng phƣơng pháp phân tích, tổng hợp và so sánh là
phƣơng pháp nghiên cứu.

10


CHƢƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÂN BĂNG TẢI, CÁC YÊU CẦU
KỸ THUẬT, YÊU CẦU ĐO LƢỜNG CÂN BĂNG TẢI.

1.1.Giới thiệu chung về cân băng tải:
Hệ thống cân băng định lƣợng là một trong các hệ thống có vai trò rất quan

trọng trong các dây truyền sản xuất trong công nghiệp, thƣơng mại. Các quá trình
công nghệ nói chung đều đi từ xử lý các nguyên liệu thô ban đầu để tạo ra các thành
phẩm. Vậy phải làm thế nào để định lƣợng đƣợc khối lƣợng nguyên liệu đầu vào
một cách chính xác và để cho ra đời các sản phẩm đạt tiêu chuẩn chất lƣợng với chi
phí sản xuất thấp nhất? Trong các nhà máy, xí nghiệp mọi công đoạn xử lý nguyên
liệu đều cần đƣợc định lƣợng, từ các lĩnh vực đơn giản nhƣ đƣa ra một khối lƣợng
nguyên liệu đầu vào để sản xuất đến các công việc phức tạp nhƣ sử dụng trong
thƣơng mại để buôn bán, trao đổi. Vai trò của việc cân định lƣợng là không thể
thiếu trong các hệ thống tự động hóa nhƣ: trong các nhà máy xi măng, nhà máy
nhiệt điện…Hệ thống cân băng tải tham gia vào quá trình sản xuất xi măng bao
gồm: cân đo các nguyên liệu cho máy nghiền nguyên liệu theo các tỷ lệ, thành phần
và năng suất đặt trƣớc, cung cấp nhiên liệu để đốt đảm bảo lƣu lƣợng sao cho phù
hợp với các điều kiện trƣớc, trong và sau lò lung… Ngoài ra hệ thống cân băng định
lƣợng còn cân đo các nguyên liệu nhƣ than, thạch cao… cho các máy nghiện
clanhke, nghiền than, máy đống bao, máy sản xuất gạch men…. [3]

11


Hình 1. 1 Một số hình ảnh về cân băng tải tại nhà máy Dap2 tại Lào Cai
(Cân băng tải của SIEMENS – sử dụng đầu chỉ thị BW500)
Cân băng tải cấp liệu thƣờng đƣợc sử dụng để giám sát khối lƣợng nguyên
liệu cấp cho một đầu vào dây truyền sản xuất hay đầu ra trong buôn bán, thƣơng
mại. Cân băng tải thông thƣờng trƣớc khi sử dụng để xuất, nhập hàng hay nguyên
vật liệu đều phải đƣợc kiểm định của cơ quan có thẩm quyền với độ chính xác theo
phê duyệt mẫu của cân băng tải.
Cấu trúc của một hệ cân băng tải bao gồm những thành phần chính sau:
-

Khung cân (hay giƣờng cân) và con lăn: Trong hệ thống cân băng tải một đoạn

băng tải (thƣờng dài từ 2-5m) cả giƣờng cân, con lăn và băng tải nguyên liệu
đƣợc đặt trên loadcell.

12


Hình 1. 2 Hình ảnh một giƣờng cân, và con lăn (màu xanh)[5]

-

Khối đo năng suất bao gồm: cảm biến loadcell, bộ tích phân, và cảm biến tốc
độ, động cơ, biến tần, khối điều khiển quá trình…
+ Bộ điều khiển trung tâm PLC với các module mở rộng analog vào/ra để
nhận tín hiệu từ cảm biến trọng lƣợng loadcell và xuất điều khiển biến tần
thay đổi tốc độ động cơ.
+ Biến tần: Biến tần sử dụng phƣơng pháp điều khiển vecto từ thông, thực
hiện các lệnh điều khiển của máy tính thông qua PLC hoặc trực tiếp từ
PLC. Biến tần cũng nhận tín hiệu phản hồi tốc độ động cơ để thực hiện
tính toán các thông số của luật điều khiển PID (kp, ki, kd) nhằm điều khiển
tốc độ động cơ tiến đến giá trị tốc độ đặt.

13


+ Động cơ: Động cơ không đồng bộ ba pha dùng truyền động chính cho
băng tải.
+ Hộp số: Đóng vai trò quan trọng trong việc truyền động giữa động cơ với
băng tải và các con lăn. Nó là một tổ hợp biệt lập gồm các bộ phận truyền
bánh răng hay trục vít để giảm số vòng quay và truyền công suất đến các
cơ cấu chấp hành.

+ Loadcell là loại cảm biến trọng lƣợng đặc biệt chống rung chuyên sử
dụng trong cân băng và dùng để đo khối lƣợng tức thời của nguyên liệu
cân băng.
+ Thiết bị hiển thị trọng lƣợng (đầu cân) dùng để hiển thị khối lƣợng tức
thời trên băng, đồng thời để đối chiếu với giá trị hiển thị trên máy tính và
sử dụng để tham khảo trong các trƣờng hợp điều khiển bằng tay.
+ Encoder dùng để đo vận tốc quay của con lăn chính của băng tải cấp liệu
( là con lăn chủ động gắn với động cơ), từ đó bộ điều khiển trung tâm tính
toán ra đƣợc vận tốc dài của băng để điều khiển biến tần giữ cho băng chạy
với tốc độ cài đặt và hiển thị lên màn hình chỉ thị.
+ Ngoài ra hệ thống cân băng tải còn có thể có cơ cấu căng băng để đảm
bảo độ căng mặt băng trong vận hành…
-

Khối giao diện ngƣời – máy gồm: máy tính và phần mềm…

-

Nguyên lý hoạt động chung của cân băng:
Khi hệ thống khởi động, các cảm biến tốc độ sẽ đƣa về PLC các thông số vận

tốc dài của băng v (m/s), cảm biến loadcell sẽ đƣa về PLC thông số trọng lƣợng trên
một đơn vị dài của cân băng q ( kg/m), CPU sẽ thực hiện tính toán cho ra kết quả
lƣu lƣợng hiện thời của cân băng Q_tức_thời (kg/s). Sử dụng thuật toán điều khiển
PID vòng kín so sánh kết quả với giá trị đặt , CPU sẽ điều khiển biến tần thay đổi
tốc độ động cơ dẫn đến thay đổi vận tốc dài của băng và thay đổi lƣu lƣợng qua
băng tải gần với giá trị đặt.

14

1.2.Yêu cầu kỹ thuật và yêu cầu đo lƣờng của cân băng tải
Dựa theo ĐLVN 03- Cân băng tải quy trình kiểm định
- Phạm vi áp dụng: áp dụng trong quy trình kiểm định ban đầu, kiểm định định kỳ,
kiểm định bất thƣờng đối với cân băng tải có năng suất cân lớn nhất đến 1500 t/h,
cấp chính xác 0,5; 1; 2.
1.2.1. Yêu cầu kỹ thuật
Phải kiểm tra kỹ thuật theo các yêu cầu sau đây: [1]
a) Kiểm tra dàn băng tải:
-

Dàn băng tải lắp cân tốt nhất đặt nằm ngang( không cho phép dàn băng ngiêng
quá 20°, các con lăn trên dàn băng chạy êm, không đảo.

-

Băng tải phải có cơ cấu căng băng đảm bảo lực căng băng không đổi, không gây
trƣợt băng, chỗ nối băng phẳng, không gây rung động.

-

Chiều dài khai triển S của băng không đƣợc lớn hơn một trong hai giá trị sau:
Chiều dài dịch chuyển của 1 điểm bất kỳ trên băng trong 1,5 phút ở tốc độ danh
nghĩa thấp nhất của băng hoặc 100m.

-

Bộ phận cấp liệu đặt xa giƣờng cân, tránh rung động.

-

Con lăn đầu đo tốc độ băng luôn bám sát băng, khi chạy không bị trƣợt.
b) Bộ phận tiếp nhận tải:

-

Với cân băng tải cả giàn băng: Bộ phận nhận tải phải có kết cấu và đƣợc lắp đặt
chắc chắn. Vật liệu cân phải đƣợc cấp vào cân tại điểm tựa của đòn tải.

-

Với cân băng tải có giƣờng cân:
o Giƣờng cân đƣợc lắp chắc chắn, cố định đảm bảo chiều dài cân của
giƣờng không thay đổi trong suốt quá trình cân hoạt động.
o Các con lăn trên giƣờng cân tiếp xúc đều với băng, khi băng chạy
không đảo lệch tâm, không kẹt, gây trƣợt băng.
c) Bộ phận chỉ thị:

-

Chỉ thị “0”: Khối lƣợng của băng đƣợc cân bằng thông qua cơ cấu đặt “0” và
chỉ thị ổn định số chỉ sau mỗi vòng băng khép kín

15


-

Chỉ thị tổng: Bộ chỉ thị và in số liệu phải hoạt động tin cậy, không nhầm lẫn giá
trị chỉ thị.

1.2.2. Yêu cầu đo lƣờng
a) Sai số lớn nhất cho phép mpe:[1]
-

Tại điểm “0”: mpe của chỉ thị “0” sau một vòng kín làm việc của băng ở chế độ
không tải, không đƣợc lớn hơn.
0,025% Qmax. t

đối với cân cấp chính xác 0,5

0,05% Qmax. t

đối với cân cấp chính xác 1

0,1% Qmax. t

đối với cân cấp chính xác 2

t- là thời gian chạy hết 1 vòng băng.
-

Tại các mức tải: (chỉ áp dụng cho các mức tải ứng với năng suất cân từ 20%Qmax
đến Qmax).
Khi kiểm định bằng vật liệu cân: mpe đƣợc quy định trong bảng 1
Khi kiểm định mô phỏng: mpe lấy bằng 0,7 giá trị quy định trong bảng 1
Chế độ kiểm định

Sai số cho phép tính theo %
Cấp cx 0,5

Cấp cx 1

Cấp cx 2

Kiểm định ban đầu, định kỳ

0,25

0,5

1

Kiểm định bất thƣờng

0,5

1

2

Bảng 1 Sai số lớn nhất cho phép của cân băng tải [1]
b) Độ động của chỉ thị tổng
-

Tại điểm “0”: Kiểm tra trong vòng 03 phút, khi đƣa vào cơ cấu nhận tải của cân
một gia trọng có trị số dƣới đây, chỉ thị “0” của cân phải thay đổi rõ rệt.

-

0,05 % Max

đối với cân cấp chính xác 0,5

0,1 % Max

đối với cân cấp chính xác 1

0,2 % Max

đối với cân cấp chính xác 2

Tại các mức tải: Tại mức tải bất kỳ, chênh lệch giữa 2 chỉ thị, nhận đƣợc từ hai
tải trọng chênh nhau một lƣợng bằng mpe, ít nhất phải bằng ½ của hiệu số của
hai giá trị tải trọng tổng tính toán tƣơng ứng.

16


c) Độ lặp lại
Chênh lệch giữa 3 kết quả cân cùng một tải trọng khi đặt lên cơ cấu nhận tải,
trong cùng một điều kiện, không đƣợc lớn hơn 0,7 trị số mpe nêu trong bảng
1 trên.
d) Yêu cầu về giá trị nhỏ nhất của tải trọng tổng nhỏ nhất ∑min và khối lƣợng vật
liệu cân nhỏ nhất khi kiểm bằng vật liệu cân.
-

Tải trọng tổng nhỏ nhất ∑min của cân không đƣợc nhỏ hơn giá trị lớn nhất trong
3 giá trị sau đây:
o 2% ∑max

o Tải trọng nhận đƣợc sau một vòng băng ở năng suất lớn nhất Qmax
o Tải trọng tƣơng ứng với số lƣợng độ chia tổng sau đây:
800d đối với cân cấp chính xác 0,5
400d đối với cân cấp chính xác 1
200d đối với cân cấp chính xác 2

-

Khi kiểm định bằng vật liệu cân, khối lƣợng vật liệu cân cần thiết để kiểm định
không đƣợc nhỏ hơn giá trị tải trọng tổng nhỏ nhất ∑min nêu tại mục trên.
e) Yêu cầu về mức tải kiểm định.
Kiểm định mô phỏng cũng nhƣ kiểm định bằng vật liệu cân phải đƣợc thực
hiện ít nhất tại 2 mức tải tƣơng ứng với (40% đến 50%) và (80% đến 100%)
năng suất lớn nhất Qmax của cân.

17


1.2.3. Thực hiện kiểm định
a) Phƣơng tiện kiểm định sử dụng: [1]
-

Các quả cân xác định sai số, độ động (1-500)g, 1kg, 2kg – cấp chính xác M1.

-

Thanh chuẩn hay xích chuẩn – cấp chính xác M2 tƣơng ứng với năng suất

40%Qmax và 80%Qmax của cân.
-

Thƣớc dây hoặc thiết bị đo dài chuyên dụng , có chiều dài L=50m; d=1mm.

-

Đồng hồ bấm giây có độ chia d=0,2s.

b) Phƣơng pháp mô phỏng: [1]
- Chuẩn bị:
+ Cho băng chạy ở tốc độ kiểm định không ít hơn 20 phút.
+ Dùng thƣớc cuộn đo chiều dài khai triển S của băng.
+ Đánh dấu lên băng, cho băng chạy, dùng đồng hồ bấm giây đo thời gian “t”
chạy hết một vòng băng. Thực hiện đo 3 lần, lấy giá trị trung bình ttb.
+ Tính toán xác định trị số gia trọng để thử động, các mức cân sẽ kiểm và
các trị số phải chỉ thị theo tính toán và sai số cho phép theo yêu cầu bảng 1.
- Kiểm tra tại mức cân “0”:
+ Đặt chỉ thị ở chế độ kiểm “0”, cho băng chạy, cân hoạt động và đặt trƣớc
số vòng khép kín băng tải đảm bảo một phép kiểm xấp xỉ 3 phút.
+ Kiểm tra sai số điểm “0” theo yêu cầu đo lƣờng trình bày ở trên.
+ Kiểm tra độ động điểm “0” và độ lặp lại điểm “0” theo yêu cầu đo lƣờng
trình bày ở trên.
- Kiểm tra tại các mức tải :
+ Để thực hiện kiểm tra tại các mức tải, cần gá đặt thanh chuẩn lên cơ cấu
đặt tải hoặc xích chuẩn lên băng tải. Việc gá đặt xích chuẩn phải đảm bảo tải trọng
của xích tác dụng đều lên cơ cấu nhận tải, không gây xung lực và tuyệt đối an toàn
khi băng chạy.
+ Kiểm tra tại 02 mức tải theo yêu cầu đo lƣờng mục (e) tại mỗi mức tải
kiểm, thực hiện kiểm tra sai số, độ động, độ lặp lại theo các yêu cầu đo lƣờng mục
b,c. Riêng mức cân (40%-50%)Qmax kiểm tra thêm chỉ tiêu tải trọng đặt lệch tâm.

18


- Kiểm tra lại mức cân “0” nhƣ các bƣớc ở trên.
c) Kiểm tra bằng vật liệu cân: [1]
- Việc kiểm định bằng vật liệu thực chỉ đƣợc thực hiện khi điều kiện nêu tại mục
kiểm định mô phỏng hoàn toàn đảm bảo, việc cân, cấp và thu vật liệu đảm bảo
chính xác, không rơi vãi vật liệu.
- Trình tự kiểm định với vật liệu cân thực hiện nhƣ kiểm định mô phỏng, thay vì gá
đặt thanh chuẩn hoặc xích chuẩn là việc sử dụng vật liệu cân đƣợc hiết bị chứa và
cấp rải đều lên băng tải theo mức năng suất kiểm đã dự tính trƣớc.
- Việc cân vật liệu trên cân kiểm tra có thể thực hiện trƣớc hoặc sau khi rải vật liệu
lên băng tải, không rơi vãi, hao hụt.
- Tại mỗi mức kiểm tra, cần thực hiện kiểm tra 3 lần, tính sai số trung bình.
1.3. Yêu cầu kỹ thuật của hệ thống kiểm định cân băng tải
Qua những bƣớc thực hiện kiểm định trong thực tế, những nhƣợc điểm của
phƣơng pháp đánh giá sai số cân băng tải có sử dụng đồng hồ bấm giây và thƣớc
cuộn nhƣ sau:
+ Chiều dài 1 vòng băng tải đƣợc xác định bằng cách đo nhiều lần khoảng
cách 50m, (do trên thị trƣờng thƣờng sử dụng thƣớc cuộn L = 50m và d =
1mm), việc sử dụng này gây ra sai số do kỹ thuật ngƣời đo, do việc kéo thƣớc
dây không đủ căng. Giả sử trong thực tế, chiều dài 1 vòng băng tải là 600 m ta
sẽ phải dùng thƣớc đo 12 lần. Nếu chiều dài 1 vòng băng tải lớn hơn, ta đo
thời gian băng chạy hết 600m là t1, và thời gian chạy hết 1 vòng băng là t từ đó
tính toán tỉ lệ xác định chiều dài 1 vòng băng L = 600 x t/t1 (m).
+ Sử dụng bút xóa hoặc băng xóa đánh dấu trên mặt băng 1 điểm mốc, từ đó
dùng đồng hồ bấm giây và mắt thƣờng để xác định thời gian t chạy hết 1 vòng
băng, thực tế thực hiện kiểm định đo thời gian chạy hết 1 vòng băng 3 lần, lấy
kết quả trung bình và coi không đổi trong suốt quá trình kiểm định (thời gian
chạy hết 1 vòng băng là 1 hằng số) việc này dẫn tới sai số.

+ Đọc kết quả định lƣợng bằng mắt cũng có thể gây ra sự không chính xác
trong việc ghi số liệu.
19


Để khắc phục những nhƣợc điểm trên, hệ thống đo trong khuôn khổ nghiên
cứu của đề tài này đã phần nào khắc phục những nhƣợc điểm trên.
Căn cứ những yêu cầu kỹ thuật, yêu cầu đo lƣờng và trình tự thực hiện việc
kiểm định trình bày ở trên và những nhƣợc điểm của phƣơng pháp sử dụng thƣớc
cuộn và đồng hồ bấm giây.
Mục tiêu của đề tài là xây dựng hệ thống đo chiều dài dịch chuyển băng tải
và chụp màn hình chỉ thị đảm bảo yêu cầu kỹ thuật để kiểm định cân băng tải cấp
chính xác cao nhất – cấp chính xác 0,5. Tôi xây dựng một hệ thống kiểm định cân
băng tải bao gồm 02 thành phần chính nhƣ sau :
+ Thiết bị đo các thông số cân băng tải nhƣ: chiều dài dịch chuyển băng tải
theo n số nguyên lần vòng băng ; thời gian chạy hết số nguyên n lần vòng băng; vận
tốc tức thời, vận tốc lớn nhất, vận tốc nhỏ nhất. Từ khối lƣợng xích chuẩn đặt trên
giƣờng cân tính toán đƣợc khối lƣợng tính toán (M_tinh_toan) chạy qua băng để
phục vụ cho công tác hiệu chỉnh lại thông số cân băng tải sao cho đạt yêu cầu đo
lƣờng nêu tại mục 1.2.2. Thay thế cho việc sử dụng đồng hồ bấm giây và thƣớc dây.
Trong kiểm định/hiệu chuẩn thì không thể thiếu xích chuẩn. Trong khuôn khổ đề tài
nghiên cứu tôi không thiết kế, hay chế tạo xích chuẩn.
+ Thiết bị chụp màn hình chỉ thị : Nhận lệnh chụp ảnh màn hình chỉ thị tại
hai thời điểm có tín hiệu “Start” – tín hiệu bắt đầu quá trình đo và tín hiệu “Stop” –
tín hiệu kết thúc quá trình đo và thực hiện chụp ảnh.

20


CHƢƠNG 2: PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG KIỂM ĐỊNH CÂN

BĂNG TẢI.
2.1 Cơ sở thiết kế:
Dựa trên cơ sở các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống kiểm định cân băng tải
trình bày ở phần trên và mục tiêu của đề tài. Tôi xây dựng sơ đồ khối hệ thống kiểm
định cân băng tải nhƣ sau:

Xích chuẩn

Thiết bị đo dịch
chuyển băng tải

Đối tƣợng
Cân băng tải

Thiết bị chụp
màn hình chỉ thị

Hình 2. 1 Sơ đồ khối hệ thống kiểm định cân băng tải.
(Trong đề tài nghiên cứu này tôi không nghiên cứu xích chuẩn)
Đối tƣợng áp dụng trong nghiên cứu là các loại cân băng tải cấp chính xác 0,5;1; 2.
Nguyên tắc hoạt động của chung của hệ thống kiểm định cân băng tải nhƣ
sau:
Khi có tín hiệu bắt đầu đo – gọi tắt là tín hiệu Start, thiết bị đo dịch chuyển
băng tải bắt đầu đo chiều dài dịch chuyển của điểm “start” – gắn chặt với bề mặt
băng tải, ngay lúc này thiết bị đo chiều dài dịch chuyển sẽ gửi 1 lệnh chụp ảnh tới
thiết bị chụp màn hình chỉ thị, thực hiện chụp màn hình định lƣợng từ đó đọc đƣợc
khối lƣợng chỉ thị khi bắt đầu– gọi tắt là I_start, màn hình chỉ thị thiết bị đo dịch
chuyển băng tải liên tục cập nhật các thông số nhƣ chiều dài dịch chuyển của băng
tải, thời gian dịch chuyển, vận tốc tức thời, vận tốc trung bình, vận tốc nhỏ nhất,
vận tốc lớn nhất sau mỗi khoảng thời gian Δt=0,5s. Khi gặp tín hiệu kết thúc quá

trình đo – gọi tắt là tín hiệu “Stop”, thiết bị đo chiều dài dịch chuyển băng tải sẽ
ngừng quá trình đo, ngừng cập nhật các thông số, và lập tức gửi 1 lệnh chụp ảnh

21


màn hình tới thiết bị chụp ta thu đƣợc hình ảnh chụp khi kết thúc quá trình đo từ đó
đọc đƣợc khối lƣợng chạy qua băng khi kết thúc quá trình đo – gọi tắt là I_stop.
Dựa trên thông tin về khối lƣợng xích chuẩn đặt trên băng tải là q kg/m,
thông tin về chiều dài dịch chuyển băng tải đo đƣợc là L (m) ta tính toán đƣợc khối
lƣợng chạy qua băng tải là:
M=L q

(kg)

(2.1)

Khối lƣợng chạy qua băng tải thực tế I đƣợc tính bằng hiệu số của chỉ thị chụp màn
hình định lƣợng giữa hai thời điểm “Stop” và “Start” nhƣ sau:
I = I_stop – I_start

(kg)

(2.2)

Sai số ΔM của phép đo khối lƣợng chạy qua băng tải tính đƣợc :
Δ M= I – M

(kg)

(2.3)

Sai số tƣơng đối của phép đo đƣợc tính nhƣ sau:
δ(M) =
Đặt K =

=

(%)

là hệ số hiệu chính, ta đƣợc : δ(M) =

(2.4)
(2.5)

Từ sai số phép đo tính đƣợc so với bảng sai số lớn nhất cho phép của cân
băng tải ta đánh giá cân băng tải đạt hay không đạt yêu cầu đo lƣờng. Theo ĐLVN
03 – Quy trình kiểm định cân băng tải, sai số lớn nhất cho phép của cân băng tải
cấp chính xác 0,5 là 0,25%. Khi thực hiện kiểm định bằng phƣơng pháp mô phỏng,
sai số lớn nhất cho phép bằng 0,7mpe = 0,7.0,25% = 0,175%. Độ không đảm bảo
đo phép xác định hệ số hiệu chính K tính nhƣ sau:
Thay công thức (2.2) và (2.1) vào công thức tính hệ số hiệu chính K ta đƣợc
K=

(2.6)

Theo GUM , ĐKĐBĐ tƣơng đối của hệ số hiệu chính là uK đƣợc tính nhƣ sau:
(2.7)
Trong đó:
là ĐKĐBĐ tƣơng đối phép đo chiều dài dịch chuyển băng tải

22


là ĐKĐBĐ tƣơng đối của xích chuẩn sử dụng trong kiểm định/hiệu chuẩn
cân băng tải, thành phần này không đƣợc đề cập trong đề tài.
là ĐKĐBĐ tƣơng đối do việc làm tròn khi hiển thị tại thời
điểm “Start” và “Stop” nên thành phần này phụ thuộc vào màn hình chỉ thị của từng
loại cân băng tải.
là ĐKĐBĐ tƣơng đối do độ lặp lại của cân băng tải phụ thuộc vào kết quả
trong quá trình đo.
là ĐKĐBĐ tƣơng đối do sự sai lệch khoảng thời gian chụp ảnh Δt(s) tại
hai thời điểm “Start” và “Stop”.
Trong đề tài này, tôi nghiên cứu xây dựng hệ thống đo chiều dài dịch chuyển
băng tải và chụp ảnh nên ĐKĐBĐ của hệ thống đo chỉ gồm 02 thành phần ĐKĐBĐ
là

và

đƣợc xác định nhƣ sau:
(2.8)

Trong đề tài này, đối tƣợng nghiên cứu là cân băng tải cấp chính xác 0,5 nên
sai số lớn nhất cho phép mpe là 0,25%.
Trong đo lƣờng, ĐKĐBĐ của chuẩn sử dụng phải nằm trong phạm vi (
mpe nên yêu cầu đặt ra cụ thể là xây dựng hệ thống đo có ĐKĐBĐ mở rộng
U≤(

mpe = 0,035 %.

2.2. Thiết kế chung:
Từ cơ sở thiết kế trình bày phần trên, mục này tôi trình bày những cơ sở thiết kế
chung phần cứng và phần mềm của hệ thống sao cho đảm bảo yêu cầu bài toán đặt
ra là xây dựng hệ thống đo có ĐKĐB đo mở rộng U ≤ 0,035%.
a) Thiết kế nguồn:
Việc thiết kế nguồn cung cấp cho mạch rất quan trọng, sao cho dễ mở rộng phát
triển sau này mà không gây quá tải cho IC ổn áp. Do đó, tôi chọn IC ổn áp LM2576
cho dòng tối đa tới 3A. Thực tế thực nghiệm cho thấy LM2576 cho tỏa nhiệt mát…
Sơ đồ nguyên lý mạch ổn áp có thể thay đổi điện áp đầu ra:

23


Hình 2. 2 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn LM2576
b) Thiết kế tín hiệu bắt đầu quá trình đo, tín hiệu kết thúc quá trình đo:
Chức năng của bộ phận này là tạo ra điểm nhận biết điểm bắt đầu và kết thúc
của mỗi vòng băng. Có 02 phƣơng án đƣa ra nhƣ sau:
+ Sử dụng cảm biến quang
+ Sử dụng cảm biến tiệm cận
Phân tích ƣu nhƣợc điểm của 02 phƣơng án:
Sử dụng cảm biến tiệm cận

Sử dụng cảm biến quang

- Trong môi trƣờng công nghiệp nhà - Trong môi trƣờng công nghiệp nhà
máy xi măng , than , nhiệt điện …luôn máy xi măng , than , nhiệt điện luôn có
có rất nhiều bụi trong môi trƣờng, việc rất nhiều bụi, việc đánh dấu bằng vật
sử dụng cảm biến tiệm cận sẽ loại trừ liệu phản quang rất có thể sẽ thiếu hiệu
ảnh hƣởng do bụi bẩn. (Ƣu điểm)

quả nếu sử dụng trong thời gian dài ,bề
mặt phản quang bám bụi làm giảm khả
năng phản quang, có thể gây mất tín hiệu
mà ta không thể kiểm soát đƣợc. (Nhƣợc
điểm)

-Do sử dụng cảm biến tiệm cận, nên - Do sử dụng cảm biến quang nên
khoảng cách từ điểm đánh dấu dán trên khoảng cách từ điểm dán phản quang tới
mặt băng tới cảm biến là ngắn, những mắt đọc lớn. (ƣu điểm)
cảm biến tiệm cận thông dụng có khoảng
cách thu đƣợc cỡ 8mm, 15mm, 20mm.

24


(nhƣợc điểm)

- Dán tấm kim loại mỏng lên bề mặt - Dán tấm phản quang lên bề mặt băng
băng (ví dụ sử dụng lƣỡi dao lam) sử tải cao su dễ bị bong, hoặc có thể sử
dụng keo cho kết quả tốt, nhƣng khó gỡ dụng bút xóa tạo mảng phản quang màu
ra sau khi kiểm định xong (nhƣợc điểm). trắng. (nhƣợc điểm)
-Dễ gá lắp cảm biến tiệm cận lên trục

- Dễ gá lắp.

bánh xe, vào tạo khoảng cách cỡ 5mm từ
bề mặt cảm biến tiệm cận tới bề mặt
băng. (Ƣu điểm)
-Điểm nối băng tải có thể sử dụng móc

- Không ảnh hƣởng nếu điểm nối băng là

bằng kim loại và cảm biến tiệm cận rất

kim loại hay cao su .

dễ phát hiện ra điểm nối này. Nếu kiểm
tra 1 vòng băng có 1 điểm nối băng bằng
kim loại chúng ta sẽ không cần dán điểm
đánh dấu bằng kim loại lên bề mặt băng
mà coi điểm nối băng là mốc. (Ƣu
điểm).
Không ảnh hƣởng (ƣu điểm)

Trong quá trình chạy, rất dễ phát hiện sai
nếu có vật thể phản quang trên mặt băng
, điều này khó kiểm soát và rất dễ bị
nhận biết sai.(Nhƣợc điểm).

Từ những phân tích trên, và do môi trƣờng làm việc là môi trƣờng công
nghiệp nhiều bụi bẩn và cần sự ổn định nên tôi chọn phƣơng án sử dụng cảm biến
tiệm cận cho thiết kế của mình. Để đảm bảo độ tin cậy, tôi chọn cảm biến tiệm cận

25