2025-11-28
Cảm biến đo trọng lượng là gì? Làm thế nào để kết nối với PLC? Làm thế nào để sử dụng nó một cách chính xác nhất?
Trọng lượng là một đơn vị quan trọng trong cuộc sống hàng ngày, và nó còn quan trọng hơn trong công nghiệp. Có bao nhiêu kilogam nguyên liệu thô được thêm vào trong quá trình sản xuất? Có bao nhiêu kilogam chất thải được tạo ra? Những dữ liệu này là những yếu tố thiết yếu hỗ trợ cho hoạt động trơn tru của toàn bộ nhà máy.
Vậy, trọng lượng được đo như thế nào trong công nghiệp? Chúng ta cần sử dụng cảm biến đo trọng lượng!
Nguyên tắc của cảm biến đo trọng lượng là chuyển đổi trọng lực tác dụng lên vật thể được đo thành một tín hiệu đầu ra có thể định lượng được theo một tỷ lệ nhất định.
Các cảm biến công nghiệp phổ biến được phân loại thành hệ thống 4 dây và 6 dây:
Đối với cảm biến 4 dây, chỉ có bốn dây cáp màu đen được hiển thị trong sơ đồ bên dưới. Trong số đó, EXC+ và EXC- cung cấp kích thích từ mô-đun đo trọng lượng đến cảm biến, trong khi SIG+ và SIG- là các đầu ra từ cảm biến đo trọng lượng. Đối với cảm biến 6 dây, có thêm hai dây màu đỏ, SENSE+ và SENSE-. Mục đích của chúng là gì? Hai dây này được sử dụng để bù. Khi khoảng cách giữa cảm biến và mô-đun đo trọng lượng dài, các dây này cung cấp sự bù đắp, do đó làm cho kết quả đo chính xác hơn.
Trong các ứng dụng thực tế, do điều kiện làm việc phức tạp, khoảng cách giữa cảm biến đo trọng lượng và mô-đun đo trọng lượng có thể đáng kể. Nếu điện áp cung cấp do mô-đun đo trọng lượng cung cấp cho cảm biến là, ví dụ, 6V, do tổn thất đường dây, tín hiệu kích thích này sẽ nhỏ hơn 6V khi nó đến cảm biến đo trọng lượng. Trong cùng điều kiện tải, tín hiệu đầu ra của cảm biến tỷ lệ thuận với điện áp cung cấp. Do đó, mô-đun đo trọng lượng sử dụng một mạch trở kháng cao để phản hồi điện áp cung cấp thực tế ở phía cảm biến đến chính mô-đun. Sau đó, mô-đun đo trọng lượng điều chỉnh điện áp cung cấp đầu ra của nó thông qua một bộ so sánh bên trong.
Mô-đun đo trọng lượng có thể kết nối với cả cảm biến 4 dây và 6 dây. Nếu kết nối cảm biến 4 dây, cần phải nối tắt SENSE+ với EXC+ và SENSE- với EXC- tại hộp nối hoặc ở phía mô-đun đo trọng lượng.
Để kết nối cảm biến đo trọng lượng với PLC trong môi trường nhà máy, chúng ta thường có hai phương pháp:
1. **Sử dụng Cảm biến đo trọng lượng + Bộ điều hòa/Máy phát tín hiệu + Đầu vào tương tự PLC**
Tại sao cần một máy phát thứ cấp? Bởi vì cảm biến tạo ra một tín hiệu điện áp ở mức millivolt khi bị biến dạng bởi trọng lượng của vật thể, mà PLC không thể đọc trực tiếp. Do đó, cần có một máy phát thứ cấp để chuyển đổi. Bất cứ khi nào có sự chuyển đổi, mọi người đều biết sẽ có một số tổn thất. Tổn thất này không lớn lắm, nhưng nó có thể có tác động đáng kể đến các phép đo chính xác. Tôi đã từng làm việc trên thiết bị yêu cầu độ chính xác 10g, trong đó tổn thất này ảnh hưởng đáng kể đến kết quả. Đặc điểm của phương pháp này là chi phí thấp và yêu cầu tối thiểu đối với hệ thống PLC, vì hơn 98% PLC có chức năng đầu vào tương tự. Tuy nhiên, nhược điểm là nó không thể được sử dụng trong các tình huống yêu cầu độ chính xác cao.
2. **Phương pháp chính xác nhất (và đắt nhất): Sử dụng Cảm biến đo trọng lượng + Mô-đun đo trọng lượng PLC**
Phương pháp này là chính xác nhất vì không có tổn thất khi PLC được kết nối với mô-đun chuyên dụng của nó. Hơn nữa, tốc độ của phương pháp này rất nhanh, làm cho nó phù hợp với nhiều ứng dụng phức tạp khác nhau.
**Nhược điểm của nó là yêu cầu cao mà nó đặt ra cho hệ thống PLC.** Đầu tiên, PLC phải sử dụng một mô-đun đo trọng lượng, thường khá đắt tiền. Hơn nữa, một hệ thống đo trọng lượng mới yêu cầu hiệu chuẩn trước khi sử dụng. Nếu một cảm biến đo trọng lượng bị hỏng và được thay thế, cũng cần phải hiệu chuẩn lại. Quá trình hiệu chuẩn cho các dòng mô-đun đo trọng lượng Siemens khác nhau không đơn giản và đòi hỏi một mức độ kinh nghiệm và kỹ năng kỹ thuật nhất định, điều này chúng ta sẽ thảo luận sau. Do đó, công nghệ này không phù hợp với người mới bắt đầu.
**Là một đơn vị để đo lường chính xác, phương pháp sử dụng của nó phải được tuân theo cẩn thận; nếu không, nó có thể dẫn đến các phép đo không chính xác hoặc thậm chí làm hỏng.**
**I. Cực kỳ cẩn thận trong quá trình lắp đặt là rất quan trọng để tránh làm hỏng cảm biến.**
Phần tử đàn hồi của cảm biến đo trọng lượng chủ yếu được làm bằng vật liệu nhôm hợp kim. Do đó, bất kỳ tác động nào từ rung động hoặc rơi vô tình đều có thể gây ra các lỗi đáng kể trong đầu ra dữ liệu. Ví dụ, một cảm biến có dung lượng 10kg có thể bị hỏng vĩnh viễn nếu chịu một lực khoảng 15kg. Do đó, việc xử lý cảm biến đo trọng lượng một cách cẩn thận nhất trong quá trình lắp đặt là điều cần thiết.
**II. Việc lắp đặt phải tuân thủ nghiêm ngặt các yêu cầu thiết kế của nó.**
Tùy thuộc vào quy trình thiết bị, nó có thể được lắp đặt theo chiều ngang hoặc chiều dọc. Tuy nhiên, bộ phận chịu tải của cảm biến phải khớp chặt vào vật thể được đo. Quan trọng là, bộ phận chịu tải và vật thể được đo không được tiếp xúc với bất kỳ điểm chịu lực nào khác, vì điều này sẽ dẫn đến các phép đo không chính xác.
**III. Đôi khi, ba hoặc thậm chí nhiều cảm biến được sử dụng để đo cùng một vật thể. Các bề mặt tiếp xúc giữa các cảm biến này và cụm đo trọng lượng phải bằng phẳng.** Nếu không, sự phân bố lực không đều sẽ ảnh hưởng đến kết quả đo. Mặc dù có thể bù đắp cho sự sai lệch mức độ nhỏ bằng cách sử dụng điện trở trong hộp nối, nhưng khả năng điều chỉnh này bị giới hạn và cũng không lý tưởng cho việc hiệu chuẩn. Do đó, hãy cố gắng duy trì việc lắp đặt bằng phẳng bất cứ khi nào có thể.
**Các biện pháp phòng ngừa khác:**
**I. Hộp nối:** Khi sử dụng nhiều cảm biến đo trọng lượng, hộp nối là một công cụ cần thiết. Nó củng cố dữ liệu từ nhiều cảm biến, giảm khối lượng công việc cho mô-đun đo trọng lượng.
Tuy nhiên, nó cũng là một thành phần dễ gặp sự cố trong quá trình sử dụng.
Đầu tiên, hãy chú ý đến khả năng chống bụi, chống thấm nước và ngăn ngừa tĩnh điện. Thứ hai, trong quá trình sử dụng, hãy lưu ý đến chức năng của từng đầu cuối và tránh đấu dây không chính xác.
**II. Kết nối cáp và che chắn**
Tín hiệu của cảm biến cuối cùng được truyền qua cáp. Với độ chính xác cao của tín hiệu này, ngay cả những nhiễu nhỏ cũng có thể gây ra sự không ổn định của dữ liệu.
Do đó, các kết nối phải được thực hiện nghiêm ngặt theo sơ đồ được cung cấp trong quá trình lắp đặt.
**III. Các cân nhắc về lập trình: Có chấp nhận lọc không?**
Trong môi trường công nghiệp thực tế, có rất nhiều nhiễu. Mặc dù nhiều người đã quen với việc sử dụng các phương pháp lập trình để lọc, nhưng điều này cũng có thể được áp dụng cho các ứng dụng đo trọng lượng. Tuy nhiên, điều quan trọng là phải lưu ý rằng việc lọc sẽ gây ra độ trễ tín hiệu. Nếu mục đích chỉ là quan sát và đo lường, điều này có thể không gây ra vấn đề gì. Nhưng nếu dữ liệu được sử dụng để tính toán hoặc để kiểm soát các quy trình, việc lọc có thể dẫn đến kết quả đo trọng lượng không chính xác. Đây là một điểm quan trọng cần ghi nhớ.
