SO SÁNH GIẢI PHÁP ĐO LỰC NÉN XI LANH THỦY LỰC 50 TẤN: ANALOG HAY DIGITAL?

TỔNG QUAN HAI GIẢI PHÁP

Trong máy ép thủy lực, thiết bị thử tải và hệ thống kiểm tra lực, loadcell được lắp tại vị trí tiếp nhận lực từ ty xi lanh. Khi xi lanh hoạt động, lực nén tác động lên loadcell, sau đó được chuyển thành tín hiệu điện và đưa về đầu hiển thị.

Đối với phạm vi đo lực đến 50 tấn, ASTEC đề xuất hai phương án:

Phương án Analog

• Loadcell: BM14G-C3-50T-20B-SC
• Hãng loadcell: Zemic
• Xuất xứ: Trung Quốc
• Tải trọng danh định: 50 tấn
• Cấp chính xác: C3
• Đầu hiển thị: BC360L1
• Hãng đầu hiển thị: SYMC
• Xuất xứ: Trung Quốc

Phương án Digital

• Loadcell: DBM14Gd10-C3-50T-20B6
• Hãng loadcell: Zemic
• Xuất xứ: Trung Quốc
• Tải trọng danh định: 50 tấn
• Cấp chính xác: C3
• Đầu hiển thị: DS3SS
• Hãng đầu hiển thị: Zemic
• Xuất xứ: Trung Quốc

Cả hai loadcell đều có tải trọng danh định 50 tấn và cấp chính xác C3. Vì vậy, không nên kết luận phương án Digital chính xác hơn chỉ dựa trên tên gọi công nghệ.

Sự khác biệt quan trọng nằm ở vị trí chuyển đổi tín hiệu, phương thức truyền dữ liệu, khả năng kết nối và mức đầu tư của hệ thống.

NGUYÊN LÝ ĐO LỰC NÉN

Trong cả hai phương án, quá trình đo được thực hiện theo trình tự:

Xi lanh thủy lực → Chi tiết truyền lực → Loadcell → Đầu hiển thị

Khi ty xi lanh di chuyển xuống, lực được truyền đến phần tiếp nhận tải của loadcell. Phần tử đàn hồi bên trong cảm biến biến dạng trong phạm vi thiết kế. Các strain gauge ghi nhận biến dạng này và tạo ra tín hiệu điện tương ứng với lực tác động.

Với hệ thống Analog, tín hiệu từ cầu strain gauge được truyền về đầu BC360L1 để chuyển đổi thành dữ liệu số.

Với hệ thống Digital, quá trình chuyển đổi Analog–Digital được thực hiện ngay trong loadcell DBM14Gd. Dữ liệu sau đó được truyền đến đầu hiển thị DS3SS qua giao tiếp RS485 bốn dây.

PHƯƠNG ÁN ANALOG: BM14G-C3-50T-20B-SC VÀ BC360L1

Loadcell BM14G-C3-50T-20B-SC

BM14G là loadcell dạng trụ nén được chế tạo bằng thép không gỉ. Cảm biến có kết cấu hàn kín và đạt cấp bảo vệ IP68 theo EN 60529.

Download Datasheet: BM14G

Mã BM14G-C3-50T-20B-SC sử dụng trong giải pháp có:

• Tải trọng danh định: 50 tấn.
• Cấp chính xác: OIML R60 C3.
• Tín hiệu đầu ra danh định: 2,0 ± 0,02 mV/V.
• Số khoảng chia loadcell tối đa: 3.000.
• Sai số tổng hợp: ±0,0230% toàn thang đo.
• Điện áp kích thích khuyến nghị: 5–12 VDC.
• Điện áp kích thích tối đa: 18 VDC.
• Quá tải an toàn: 150% tải trọng danh định.
• Quá tải phá hủy: 300% tải trọng danh định.
• Dải nhiệt độ bù: từ -10°C đến +40°C.
• Dải nhiệt độ làm việc: từ -35°C đến +65°C.
• Vật liệu phần tử đàn hồi: thép không gỉ.
• Cấp bảo vệ: IP68.
• Chiều dài cáp tiêu chuẩn: 15 m.
• Cáp bốn lõi có chống nhiễu.
• Tích hợp bộ phận chống xung điện.
• Tùy chọn hiệu chỉnh dòng điện SC.

Theo tài liệu của nhà sản xuất, BM14G phù hợp cho cân phễu và thiết bị thử tải. Trong giải pháp của ASTEC, cảm biến được sử dụng để tiếp nhận lực nén từ xi lanh thủy lực.

Nguyên lý truyền tín hiệu Analog

BM14G tạo ra tín hiệu điện áp Analog có mức thấp, tỷ lệ với lực tác động. Tín hiệu này được truyền qua dây cáp đến BC360L1.

Tại BC360L1, bộ chuyển đổi A/D thực hiện số hóa tín hiệu để:

• Tính toán giá trị lực.
• Hiển thị kết quả.
• Thực hiện lọc tín hiệu.
• So sánh với các ngưỡng cài đặt.
• Phát tín hiệu relay.
• Truyền dữ liệu qua cổng nối tiếp.

Do tín hiệu mV/V được truyền trực tiếp từ loadcell đến đầu hiển thị, việc sử dụng cáp có chống nhiễu, nối đất đúng kỹ thuật và tách dây tín hiệu khỏi dây động lực là yêu cầu quan trọng.

Đầu hiển thị BC360L1 SYMC

BC360L1 là bộ hiển thị và điều khiển cân dành cho ứng dụng cân công nghiệp. Thiết bị sử dụng bộ chuyển đổi A/D Sigma-Delta 24 bit.

Cấu hình BC360L1 trong tài liệu gồm:

• Kiểu lắp âm bảng điện.
• Hai đầu vào số.
• Ba đầu ra relay thường mở.
• Cổng RS232 cách ly.
• Cổng RS485 cách ly.
• Màn hình LED màu đỏ.
• Nguồn cấp 24 VDC.
• Bộ lọc tín hiệu từ cấp 1 đến cấp 9.
• Giao thức Modbus RTU.
• Khả năng truyền liên tục qua RS232 hoặc RS485.

BC360L1 hỗ trợ nhiều chế độ làm việc, trong đó có:

• Kiểm tra Over–Under.
• Checkweighing.
• Điều khiển theo điểm đặt.
• Nạp liệu theo khối lượng Gross hoặc Net.
• Cấp liệu hai tốc độ.
• Xả liệu theo khối lượng.
• Giữ giá trị lực đỉnh – Peak Force Capture.

Đối với ứng dụng xi lanh thủy lực, chế độ Peak Force Capture có thể được sử dụng khi cần ghi nhận giá trị lực lớn nhất trong một chu trình nén.

BC360L1 cũng cho phép lựa chọn đơn vị hiển thị kg hoặc kN. Khi sử dụng đơn vị kN, tài liệu quy định phần thập phân được cố định ở ba chữ số.

Kết nối BC360L1 với PLC hoặc máy tính

BC360L1 có:

• COM1 sử dụng RS232.
• COM2 sử dụng RS485.
• Giao thức Modbus RTU.
• Chế độ truyền dữ liệu liên tục.
• Chế độ lệnh.
• Địa chỉ thiết bị từ 1 đến 99.
• Tốc độ truyền từ 1.200 đến 115.200 bps.

Thông qua Modbus RTU, thiết bị cho phép hệ thống điều khiển đọc:

• Giá trị lực đang hiển thị.
• Trạng thái ổn định hoặc chuyển động.
• Trạng thái quá tải.
• Trạng thái các đầu vào và đầu ra.
• Kết quả của quá trình cân hoặc đo lực.

Hệ thống điều khiển cũng có thể gửi một số lệnh như:

• Zero.
• Tare.
• Xóa Tare.
• Bắt đầu hoặc dừng quá trình cấp liệu.
• Hiệu chuẩn điểm 0.
• Hiệu chuẩn tải.

Lưu ý về ngõ ra Analog

Theo bảng cấu hình trong tài liệu:

• BC360L1: hai đầu vào, ba relay, RS232 và RS485.
• BC360L2: có thêm ngõ ra 4–20 mA hoặc 0–10 V.

Do đó, không nên quảng cáo BC360L1 có sẵn ngõ ra 4–20 mA hoặc 0–10 V. Nếu dự án yêu cầu truyền tín hiệu Analog đến PLC, cần lựa chọn đúng cấu hình đầu hiển thị có hỗ trợ chức năng này.

PHƯƠNG ÁN DIGITAL: DBM14Gd10-C3-50T-20B6 VÀ DS3SS

Loadcell Digital DBM14Gd10-C3-50T-20B6

DBM14Gd là loadcell Digital dạng trụ nén của Zemic. Cảm biến sử dụng cấu trúc cột kép dạng rocker, được chế tạo bằng thép không gỉ và hàn kín hoàn toàn.

Mã DBM14Gd10-C3-50T-20B6 sử dụng trong giải pháp có tải trọng danh định 50 tấn và cấp chính xác C3.

Thông số của dòng DBM14Gd theo tài liệu gồm:

• Dải tải trọng: 10, 20, 30, 40 và 50 tấn.
• Cấp chính xác: OIML R60 C3.
• Số khoảng chia loadcell tối đa: 3.000.
• Sai số tổng hợp: không vượt quá ±0,020% toàn thang đo.
• Giá trị đầu ra danh định: 1.000.000 counts.
• Tốc độ đo lựa chọn: 112, 56, 28, 14, 7 hoặc 3 Hz.
• Điện áp cấp nguồn: 6–15 VDC.
• Giao tiếp: RS485 bốn dây.
• Tốc độ truyền: 19.200 bps.
• Số địa chỉ tối đa trên bus: 32.
• Khoảng cách truyền thông tối đa theo tài liệu: 1.200 m.
• Dải nhiệt độ bù: từ -10°C đến +40°C.
• Dải nhiệt độ làm việc: từ -10°C đến +50°C.
• Quá tải an toàn: 150% toàn thang đo.
• Quá tải phá hủy: 300% toàn thang đo.
• Cấp bảo vệ: IP68.
• Chiều dài cáp: 15 m.
• Cáp có lớp chống nhiễu.
• Có chức năng bảo vệ điện áp lớn.

Các giá trị khoảng cách truyền thông và số lượng địa chỉ là khả năng tối đa nêu trong tài liệu của dòng sản phẩm. Kết quả thực tế còn phụ thuộc vào chất lượng cáp, cách đấu nối và điều kiện lắp đặt.

Nguyên lý truyền tín hiệu Digital

DBM14Gd chuyển đổi tín hiệu từ cầu strain gauge thành dữ liệu số ngay bên trong cảm biến. Dữ liệu được truyền qua RS485 bốn dây đến đầu hiển thị tương thích.

Như vậy, đoạn dây từ loadcell đến đầu hiển thị không truyền trực tiếp tín hiệu mV/V như phương án Analog.

Đây là sự khác biệt kỹ thuật cốt lõi giữa BM14G và DBM14Gd.

Đầu hiển thị DS3SS

Cấu hình Digital sử dụng đầu hiển thị DS3SS thuộc dòng đầu cân XK3190-DS3 dành cho hệ thống trang bị loadcell Digital.

Theo tài liệu được cung cấp, dòng XK3190-DS3 có các chức năng:

• Kết nối với loadcell Digital sử dụng giao thức Zemic.
• Giao tiếp với loadcell qua RS485.
• Tự động, bán tự động hoặc thủ công hiệu chỉnh góc cân.
• Đọc mã nội bộ của loadcell và đầu hiển thị.
• Cài đặt phạm vi tự động bám điểm 0.
• Hiệu chỉnh phi tuyến và hiệu chuẩn.
• Kiểm tra, quan sát và phân tích dữ liệu cân.
• Lưu dữ liệu cân khi mất điện.
• Đồng hồ thời gian thực.
• Giao diện bảng hiển thị phụ.
• Giao diện máy in.
• RS232C tiêu chuẩn.
• RS232 hoặc RS485 tùy chọn cho giao tiếp dữ liệu.
• Màn hình LED sáu chữ số.
• Vỏ thép không gỉ theo cấu hình tài liệu.
• Nguồn AC 85–265 V.
• Khả năng sử dụng nguồn DC qua bộ đổi nguồn bên ngoài.

Tài liệu nêu khoảng cách giao tiếp giữa đầu hiển thị và loadcell Digital khoảng 1.000 m. Đây là giá trị theo cấu hình và điều kiện của nhà sản xuất; khi triển khai thực tế cần tuân thủ yêu cầu về loại cáp, đấu nối và tiếp địa.

Trong hệ thống đo lực xi lanh của ASTEC chỉ sử dụng một loadcell, vì vậy các chức năng hiệu chỉnh góc dành cho hệ thống nhiều cảm biến không phải là lợi ích chính của ứng dụng này.

BẢNG SO SÁNH THÔNG SỐ LOADCell

Tiêu chí	BM14G-C3-50T-20B-SC	DBM14Gd10-C3-50T-20B6
Công nghệ	Analog	Digital
Hãng sản xuất	Zemic	Zemic
Xuất xứ	Trung Quốc	Trung Quốc
Tải trọng danh định	50 tấn	50 tấn
Cấp chính xác	C3	C3
Số khoảng chia tối đa	3.000	3.000
Tín hiệu đầu ra	2,0 ± 0,02 mV/V	1.000.000 counts
Sai số tổng hợp theo tài liệu	±0,0230% FS	≤ ±0,020% FS
Điện áp cấp/kích thích	Khuyến nghị 5–12 VDC	6–15 VDC
Giao tiếp trực tiếp từ loadcell	Tín hiệu Analog	RS485 bốn dây
Tốc độ truyền	Không áp dụng	19.200 bps
Khoảng cách truyền công bố	Không nêu	Tối đa 1.200 m
Vật liệu	Thép không gỉ	Thép không gỉ
Kết cấu hàn kín	Có	Có
Cấp bảo vệ	IP68	IP68
Quá tải an toàn	150% Emax	150% FS
Quá tải phá hủy	300% Emax	300% FS
Nhiệt độ làm việc	-35°C đến +65°C	-10°C đến +50°C
Chiều dài cáp	15 m	15 m
Số địa chỉ trên bus	Không áp dụng	Tối đa 32
Tùy chọn/đặc điểm bảo vệ	Chống xung điện, SC	Bảo vệ điện áp lớn

Sai số tổng hợp trong bảng là thông số riêng của từng loadcell theo tài liệu. Không nên sử dụng riêng hai con số này để khẳng định độ chính xác của toàn bộ hệ thống, vì kết quả thực tế còn phụ thuộc vào kết cấu lắp đặt và quá trình hiệu chuẩn.

SO SÁNH HAI ĐẦU HIỂN THỊ

Tiêu chí	BC360L1	DS3SS/XK3190-DS3
Loại loadcell sử dụng	Analog	Digital
Hãng sản xuất	SYMC	Zemic
Xuất xứ	Trung Quốc	Trung Quốc
Chức năng chính	Hiển thị và điều khiển cân công nghiệp	Hiển thị hệ thống loadcell Digital
Bộ chuyển đổi A/D	Sigma-Delta 24 bit tại đầu hiển thị	Tín hiệu đã được số hóa tại loadcell
Giao tiếp loadcell	Tín hiệu Analog	RS485
RS232	Có	Có
RS485	Có	Có theo cấu hình
Modbus RTU	Có	Tài liệu cung cấp không nêu rõ
Đầu vào số	Hai	Tài liệu cung cấp không nêu rõ
Đầu ra relay	Ba	Tài liệu cung cấp không nêu rõ
Đơn vị kg/kN	Có	Tài liệu cung cấp không nêu rõ
Giữ lực đỉnh	Có	Tài liệu cung cấp không nêu rõ
Kết nối máy in	Có chế độ xuất bản in	Có giao diện máy in
Vật liệu vỏ	Loại lắp panel	Thép không gỉ theo cấu hình tài liệu

Đối với những chức năng tài liệu không nêu rõ, ASTEC cần xác nhận lại theo đúng phiên bản thiết bị trước khi chào hàng.

DIGITAL CÓ CHÍNH XÁC HƠN ANALOG KHÔNG?

Cả BM14G-C3-50T-20B-SC và DBM14Gd10-C3-50T-20B6 đều có cấp chính xác C3 và số khoảng chia tối đa 3.000.

Tài liệu công bố sai số tổng hợp của BM14G C3 là ±0,0230% FS và của DBM14Gd là không vượt quá ±0,020% FS. Tuy nhiên, mức chênh lệch này không đủ để kết luận rằng mọi hệ thống Digital đều cho kết quả thực tế chính xác hơn mọi hệ thống Analog.

Kết quả đo hoàn chỉnh còn phụ thuộc vào:

• Khả năng truyền lực đúng tâm.
• Độ phẳng và độ cứng của bệ gá.
• Lực ngang và tải lệch tâm.
• Mức tải thực tế.
• Độ ổn định của kết cấu.
• Quá trình hiệu chuẩn.
• Điều kiện nhiệt độ làm việc.
• Cách đi dây và nối đất.

Ưu điểm rõ nhất của Digital trong cấu hình này là tín hiệu được chuyển thành dữ liệu số ngay tại loadcell và truyền bằng RS485. Đây là khác biệt về kiến trúc tín hiệu, không phải căn cứ duy nhất để đánh giá độ chính xác tổng thể.

KHI NÀO NÊN CHỌN PHƯƠNG ÁN ANALOG?

Phương án BM14G-C3-50T-20B-SC kết hợp BC360L1 phù hợp khi hệ thống cần:

• Đo và hiển thị lực nén.
• Ghi nhận giá trị lực đỉnh.
• Thiết lập các ngưỡng điều khiển.
• Sử dụng đầu ra relay.
• Truyền dữ liệu qua RS232 hoặc RS485.
• Kết nối PLC bằng Modbus RTU.
• Hiển thị theo kg hoặc kN.
• Sử dụng cấu hình đơn giản, dễ triển khai.
• Tối ưu chi phí đầu tư.

BC360L1 có sẵn hai đầu vào và ba relay, do đó phù hợp với ứng dụng cần nhận tín hiệu điều khiển và phát cảnh báo hoặc điều khiển thiết bị theo ngưỡng lực.

KHI NÀO NÊN CHỌN PHƯƠNG ÁN DIGITAL?

Phương án DBM14Gd10-C3-50T-20B6 kết hợp DS3SS phù hợp khi hệ thống cần:

• Số hóa tín hiệu ngay tại loadcell.
• Truyền dữ liệu loadcell qua RS485.
• Khoảng cách giữa cảm biến và đầu hiển thị lớn.
• Sử dụng hệ thống loadcell và đầu hiển thị cùng hãng Zemic.
• Theo dõi mã nội bộ của cảm biến.
• Phân tích và quan sát dữ liệu cân trên đầu hiển thị.
• Có khả năng mở rộng số lượng cảm biến Digital trong tương lai.
• Sử dụng các chức năng quản lý dữ liệu và in phiếu của dòng XK3190-DS3.

Với ứng dụng chỉ dùng một loadcell và đầu hiển thị đặt gần cảm biến, cần cân nhắc liệu các chức năng bổ sung của Digital có cần thiết so với mức đầu tư cao hơn hay không.

SO SÁNH CHI PHÍ ĐẦU TƯ

ASTEC không công khai giá cụ thể của thiết bị trong bài viết vì giá có thể thay đổi theo thời điểm, phiên bản và phạm vi cung cấp.

Xét theo cấu hình thiết bị, phương án Digital có chi phí đầu tư cao hơn phương án Analog.

Mức chênh lệch đến từ:

• Loadcell Digital DBM14Gd có bộ chuyển đổi tín hiệu và giao tiếp RS485 tích hợp.
• Đầu DS3SS được thiết kế để làm việc với loadcell Digital.
• Hệ thống Digital yêu cầu đồng bộ giao thức giữa cảm biến và đầu hiển thị.
• Quá trình cấu hình và thay thế thiết bị cần đúng chủng loại tương thích.

Phương án Analog có lợi thế về chi phí ban đầu. Phương án Digital có lợi thế về kiến trúc truyền dữ liệu và khả năng sử dụng trong hệ thống nhiều cảm biến hoặc khoảng cách truyền lớn.

YÊU CẦU LẮP ĐẶT CHUNG

Dù lựa chọn Analog hay Digital, kết cấu cơ khí vẫn quyết định lớn đến chất lượng phép đo.

Khi lắp đặt cần bảo đảm:

• Tâm ty xi lanh trùng với tâm chịu lực của loadcell.
• Lực được truyền theo phương thẳng đứng.
• Bề mặt gá đặt phẳng, cứng và ổn định.
• Hạn chế lực ngang và mô-men xoắn.
• Chi tiết tiếp nhận lực có diện tích phù hợp.
• Không để đầu ty xi lanh tác động bằng một điểm quá nhỏ.
• Có cơ cấu giới hạn hành trình nếu hệ thống có nguy cơ quá tải.
• Dây tín hiệu được bảo vệ khỏi dầu, nước, nhiệt và va đập.
• Thiết bị được nối đất theo hướng dẫn.
• Hệ thống được hiệu chuẩn sau khi hoàn tất lắp đặt.

Cả hai loadcell đều có tải trọng danh định 50 tấn, quá tải an toàn 150% và quá tải phá hủy 300% theo tài liệu. Tuy nhiên, các thông số này không nên được sử dụng làm tải làm việc thường xuyên.

Tải trọng lựa chọn phải tính đến lực làm việc lớn nhất, lực xung kích và hệ số an toàn của toàn bộ kết cấu.

KẾT LUẬN

Hai phương án đều sử dụng loadcell Zemic 50 tấn, cấp chính xác C3 và cấp bảo vệ IP68.

Phương án Analog BM14G-C3-50T-20B-SC kết hợp BC360L1 phù hợp với hệ thống cần hiển thị lực, giữ lực đỉnh, điều khiển relay, kết nối Modbus RTU và tối ưu chi phí đầu tư.

Phương án Digital DBM14Gd10-C3-50T-20B6 kết hợp DS3SS phù hợp khi cần số hóa tín hiệu ngay tại cảm biến, truyền dữ liệu loadcell bằng RS485, sử dụng khoảng cách truyền lớn hoặc có định hướng mở rộng hệ thống Digital.

Không nên lựa chọn chỉ dựa trên nhận định Digital luôn chính xác hơn. Giải pháp phù hợp cần được xác định theo khoảng cách truyền tín hiệu, chức năng điều khiển, số lượng cảm biến, điều kiện môi trường và ngân sách thực tế.

LIÊN HỆ ASTEC CÂN ĐIỆN TỬ

ASTEC cung cấp thiết bị, tư vấn kết cấu gá đặt, lắp đặt và hiệu chuẩn hệ thống đo lực nén xi lanh thủy lực theo cả phương án Analog và Digital.

ASTEC CÂN ĐIỆN TỬ

• Website: www.asteccandientu.vn | www.candientuastec.vn
• Hotline: 0397 154 084
• Email: candientu@astecgroup.vn