Cân định lượng cấp nhanh–cấp chậm bằng PLC: Nguyên lý, bù rơi và xử lý sai số

Cân định lượng hai cấp sử dụng tốc độ cấp liệu lớn ở đầu chu trình để rút ngắn thời gian, sau đó chuyển sang tốc độ thấp khi trọng lượng gần đạt giá trị đặt. PLC ngắt thiết bị cấp trước điểm mục tiêu để bù lượng vật liệu vẫn còn đang rơi xuống phễu cân.

Phương pháp này phù hợp với:

• Cân đóng bao.
• Cân phễu theo mẻ.
• Cân xi măng, cát và đá mạt.
• Cân bột, hạt và thức ăn chăn nuôi.
• Trạm trộn.
• Máy gạch không nung.
• Hệ thống phối liệu nhiều thành phần.

Gia Hưng Tech đã có giải pháp cân định lượng tự động bằng vít tải gồm phễu, cảm biến cân, thiết bị cấp liệu và hệ thống điều khiển. Bài viết này tập trung sâu hơn vào thuật toán hai cấp và bù rơi.

Vì sao không nên chỉ chạy một tốc độ?

Nếu thiết bị cấp liệu chỉ chạy ở tốc độ cao đến đúng giá trị đặt rồi mới dừng, khối lượng cuối thường vượt mục tiêu. Nguyên nhân là:

• Vật liệu còn nằm trong ống dẫn hoặc cửa cấp.
• Vít tải không dừng tức thời.
• Biến tần cần thời gian giảm tốc.
• Vật liệu đã rời thiết bị cấp nhưng chưa chạm phễu cân.
• Tín hiệu loadcell và bộ lọc có độ trễ.
• PLC chỉ nhận được giá trị mới sau một chu kỳ truyền thông.

Nếu dùng tốc độ thấp cho toàn bộ chu trình, độ chính xác có thể cải thiện nhưng năng suất giảm.

Điều khiển hai cấp cân bằng hai yêu cầu:

Cấu tạo hệ thống

Một hệ thống cơ bản gồm:

1. Phễu chứa nguyên liệu.
2. Vít tải, băng tải hoặc van cấp.
3. Động cơ và contactor hoặc biến tần.
4. Phễu cân.
5. Một hoặc nhiều loadcell.
6. Hộp nối loadcell nếu dùng nhiều cảm biến.
7. Đầu cân, transmitter hoặc bộ khuếch đại.
8. PLC.
9. HMI.
10. Cơ cấu xả liệu.
11. Cảm biến xác nhận cửa xả.
12. Thiết bị nhận vật liệu sau cân.

Với nhiều loadcell, có thể sử dụng hộp nối tín hiệu loadcell để gom tín hiệu và cân chỉnh các vị trí chịu tải.

Trình tự một chu kỳ cân

Bước 1: Kiểm tra cân rỗng

Trước khi cấp liệu, PLC kiểm tra:

• Cửa xả đã đóng.
• Phễu nhận bên dưới sẵn sàng.
• Không có lỗi loadcell.
• Giá trị cân nằm trong vùng Zero cho phép.
• Đầu cân đang truyền dữ liệu hợp lệ.
• Thiết bị cấp liệu sẵn sàng.
• Không có dừng khẩn.
• Mẻ trước đã được xác nhận hoàn thành.

Nếu cân chưa về gần Zero, không nên tự động thực hiện Zero ngay. Vật liệu còn bám trong phễu có thể bị coi nhầm là khối lượng rỗng.

Bước 2: Cấp nhanh

PLC chạy vít tải hoặc mở cửa cấp ở mức lưu lượng lớn.

Giai đoạn này kết thúc tại ngưỡng:

Wslow​=Wset​−ΔWslow​

Trong đó:

• Wset​: trọng lượng mục tiêu.
• Wslow​: điểm chuyển sang cấp chậm.
• ΔWslow​: khoảng trọng lượng dành cho giai đoạn cấp chậm.

Bước 3: Cấp chậm

PLC giảm tần số biến tần, chuyển sang vít tải nhỏ hoặc đóng bớt cửa cấp.

Cấp chậm giúp:

• Hạn chế quán tính.
• Giảm lượng vật liệu đang bay.
• Giảm dao động cơ khí.
• Cải thiện độ lặp giữa các mẻ.
• Tạo điều kiện cho bù rơi chính xác hơn.

Bước 4: Ngắt cấp và bù rơi

PLC dừng cấp tại:

Wcut​=Wset​−Wflight​

Trong đó Wflight​ là lượng vật liệu dự kiến tiếp tục rơi vào phễu sau khi thiết bị cấp đã nhận lệnh dừng.

Sau khi ngắt, trọng lượng thường còn tăng nhẹ rồi mới ổn định. Đây là hiện tượng bình thường, không phải loadcell tự tăng.

Bước 5: Kiểm tra ổn định

PLC chờ:

• Thời gian bù rơi kết thúc.
• Giá trị cân không còn biến động lớn.
• Trọng lượng cuối nằm trong giới hạn chấp nhận.
• Thiết bị nhận vật liệu sẵn sàng.

Không nên xả ngay khi vừa ngắt vít tải vì giá trị đang đọc có thể chưa phải trọng lượng cuối.

Bước 6: Xả liệu

PLC mở cửa xả và giám sát:

• Phản hồi cửa đã mở.
• Trọng lượng giảm.
• Thời gian xả.
• Giá trị còn lại trong phễu.
• Phản hồi cửa đã đóng sau khi xả.

Nếu trọng lượng không giảm sau khi mở cửa, có thể vật liệu bị kẹt hoặc phản hồi cửa xả không đúng.

Các tham số cần cài trên HMI

Các tham số công nghệ nên được phân quyền. Người vận hành thông thường không nhất thiết được thay đổi mọi giá trị hiệu chuẩn và bù rơi.

Bù rơi cố định và bù rơi tự học

Bù rơi cố định

PLC sử dụng một giá trị đã chạy thử trước:

Wcut​=Wset​−Wflight​

Ưu điểm:

• Dễ lập trình.
• Dễ kiểm tra.
• Phù hợp vật liệu và lưu lượng tương đối ổn định.

Nhược điểm là sai số có thể tăng khi độ ẩm, độ đầy phễu hoặc đặc tính vật liệu thay đổi.

Bù rơi tự học

Sau mỗi mẻ hợp lệ, PLC tính sai lệch:

E=Wfinal​−Wset​

Giá trị bù mới có thể được hiệu chỉnh từng phần:

Wflight,new​=Wflight,old​+K×E

Trong đó $K$ là hệ số điều chỉnh nhỏ.

Không nên lấy toàn bộ sai số của một mẻ để thay ngay giá trị bù. Một mẻ bị va đập, có người chạm vào cân hoặc vật liệu kẹt có thể làm thuật toán học sai.

Chỉ nên cập nhật khi:

• Mẻ hoàn thành bình thường.
• Giá trị cân đã ổn định.
• Không có lỗi loadcell.
• Sai số nằm trong vùng hợp lý.
• Không có thao tác Manual.
• Không thay đổi công thức giữa chu trình.
• Mẻ không bị cấp bổ sung.

Nên đặt giới hạn nhỏ nhất và lớn nhất cho giá trị bù.

Xác định trọng lượng ổn định

Không nên chỉ sử dụng một timer cố định nếu hệ thống yêu cầu độ chính xác cao. PLC có thể theo dõi dao động trong một cửa sổ thời gian:

Wmax​−Wmin​≤ΔWstable​

Nếu chênh lệch lớn nhất và nhỏ nhất nằm trong biên cho phép liên tục trong thời gian quy định, giá trị được coi là ổn định.

Dải ổn định phải phù hợp với:

• Độ phân giải đầu cân.
• Rung động của máy.
• Khối lượng mục tiêu.
• Tốc độ dây chuyền.
• Độ chính xác thực sự cần thiết.

Lọc quá mạnh khiến tín hiệu đẹp nhưng phản ứng chậm, làm PLC ngắt cấp muộn.

Thiết kế chương trình PLC

Có thể chia chương trình thành các trạng thái:

Nên tách riêng:

• FB đọc và kiểm tra dữ liệu cân.
• FB điều khiển thiết bị cấp liệu.
• FB điều khiển cửa xả.
• FB trình tự cân.
• DB công thức.
• DB lưu kết quả mẻ.
• Alarm và mã chẩn đoán.

PLC có thể nhận dữ liệu từ đầu cân qua analog hoặc Modbus. TDA‑09C là một lựa chọn truyền dữ liệu cân qua RS485 Modbus RTU; khi sử dụng phải xác minh đúng bảng thanh ghi và phiên bản thiết bị.

Các lỗi cần giám sát

Quy trình chạy thử

1. Kiểm tra lắp đặt cơ khí của loadcell.
2. Kiểm tra phễu không chạm khung.
3. Hiệu chuẩn Zero và tải chuẩn.
4. Kiểm tra chiều tăng của tín hiệu.
5. Chạy riêng vít tải ở tốc độ nhanh.
6. Chạy riêng tốc độ chậm.
7. Đo thời gian dừng thực tế.
8. Chạy mẻ với tải thấp.
9. Xác định điểm chuyển chậm.
10. Xác định lượng bù rơi ban đầu.
11. Kiểm tra nhiều mẻ liên tiếp.
12. Điều chỉnh dải ổn định.
13. Thử thiếu nguyên liệu.
14. Thử kẹt cửa xả.
15. Chỉ bật tự học bù rơi sau khi hệ thống ổn định.
16. Sao lưu công thức và chương trình.

Câu hỏi thường gặp

Cấp nhanh và cấp chậm có bắt buộc dùng biến tần không?

Không. Có thể dùng hai vít tải, hai cửa cấp hoặc cơ cấu khí nén hai mức. Biến tần là phương án thuận tiện khi cần thay đổi tốc độ một động cơ.

Vì sao đã dừng vít tải nhưng cân vẫn tăng?

Vì vật liệu đã rời vít tải nhưng chưa chạm phễu cân, đồng thời thiết bị cấp và bộ lọc có độ trễ.

Có thể tự động cấp thêm khi mẻ bị thiếu không?

Có thể, nhưng nên sử dụng xung cấp nhỏ và giới hạn số lần bổ sung. Cấp bù quá mạnh dễ chuyển từ thiếu sang vượt cân.

Có nên tự động trừ vật liệu khi mẻ bị thừa không?

Thông thường khó thực hiện nếu phễu không có cơ cấu lấy bớt. Mẻ thừa nên được cảnh báo và xử lý theo quy trình công nghệ.

Một PLC có điều khiển nhiều cân không?

Có, nếu đủ tài nguyên I/O, truyền thông và thời gian xử lý. Mỗi cân nên có vùng dữ liệu, trạng thái và mã lỗi riêng.

Tư vấn và yêu cầu báo giá

Khách hàng nên gửi loại vật liệu, khối lượng mỗi mẻ, năng suất yêu cầu, kiểu cấp liệu, số loadcell, model đầu cân và hình ảnh máy.

• Tư vấn bán hàng và yêu cầu báo giá: 0934.384.222
• Hỗ trợ kỹ thuật: 0912.888.729

Liên kết nội bộ đề xuất

• Hệ thống cân định lượng tự động bằng vít tải
• Bộ truyền tín hiệu cân TDA‑09C
• Hộp nối tín hiệu loadcell
• Bộ khuếch đại tín hiệu loadcell
• Dịch vụ Gia Hưng Tech
• Liên hệ Gia Hưng Tech