Đề tài Thiết kế mô hình cửa đóng mở tự động với kỹ thuật PLC

được chế tạo từ vật liệu Pyrolec Tiric cho phép biến đổi các bức xạ hồng ngoại thành các xung lưỡng cực, gây ra goài của các vật liệu. Bề mặt của điện cực và của chất điện môi cấu tạo cảm biến hình thành một tụ điện. Tín hiệu tạo thành từ cảm biến tỷ lệ với cường độ bức xạ hồng ngoại tác động. Các vật liệu Porelectric loại tinh thể đơn như LiTa03 , LiNb03 , TGS, thường được sử dụng để chế tạo cảm biến thu hồng ngoại. Vật liệu khác như Polyme-PVDF cũng được sử dụng rộng rãi do giá thành rẻ và sử dụng đơn giản. Trong cảm biến thu thường có phản xạ gương cầu, cho phép tập trung tia hồng ngoại và bộ thu đặt ở tiêu cự gương cầu. Căn cứ vào kích thước của cửa ta chọn cảm biến hồng ngoại có các thông số sau: Điện thế làm việc Ub = 4,5V. Tín hiệu ra Ura = 1,1V. Công suất tiêu tán 0,18 m W. Điện trở ra R = 2,2 kΩ. Khoảng cách thu nhận cực đại 2.5 m. 2.3.2. Cảm biến vị trí Các cảm biến vị trí đựơc sử dụng là các rơle từ. Đây là các công tắc với điều khiển đóng ngắt bằng từ trường. Từ trường là nam châm vĩnh cửu được gắn trên cánh cửa. Hình 2.5. Sơ đồ cấu tạo cảm biến vị trí Nguyên lý làm việc: khi có từ trường tác động lên công tắc từ (CTT), công tắc này đóng lại mạch được khép kín nguồn điện đi từ cực dương (+) qua công tắc từ qua điện trở hạn chế R qua Điôt quang (Led) làm nó sáng lên báo hiệu mạch đã hoạt động. Cảm biến này được sử dụng để điều khiển tốc độ và giới hạn dừng khi nó mở và đóng cửa. Cảm biến vị trí và dịch chuyển: Cảm biến này lấy sự dịch chuyển làm tín hiệu. Có hai phương pháp để xác định vị trí và dịch chuyển được dùng trong cảm biến vị trí và dịch chuyển. Cách 1: ứng với mỗi dịch chuyển cơ bản cảm biến sẽ phát ra một xung. Khi đó sự dịch chuyển và vị trí được xác định bằng cách đếm xung phát ra. Cách này được dùng để nhận biết tín hiệu thay đổi tốc độ động cơ chứ không dùng để đóng mở động cơ. Cách 2: Cảm biến cung cấp một tín hiệu là hàm phụ thuộc vào vị trí của phần tử trong cảm biến liên quan với vật mà ta cần đo sự dịch chuyển. Sự thay đổi tín hiệu sẽ cho ta biết độ dịch chuyển của vật thể. Cảm biến này không được dùng để lấy tín hiệu trong hệ thống cửa tự động vì đối tượng di t động với 2 cấp tốc độ khác nhau, để cửa có thể tự động chuyển tốc độ khi tới những vị trí ta đã xác định thì phải dùng cảm biến để nhận biết hành trình của cửa, sau đó sẽ đưa đến lệnh điều khiển cho cửa chuyển tốc độ. Khi có người thực sự muốn đi qua cửa, cảm biến xác định trong một khoảng thời gian ngắn (2-3 giây từ khi người đi vào thị trường tín hiệu của cảm biến), cảm biến sẽ phát một tín hiệu đến bộ xử lý trong mạch điều khiển. Mạch điều khiển xử lí tín hiệu này rồi ra lệnh đến khâu chấp hành điều khiển động cơ truyền động. Động cơ quay, qua cơ cấu dây đai truyền động cho con lăn, kéo cửa ra. Ban đầu, cửa mở nhanh với vận tốc lớn v1 (điều này là cần thiết vì ở khâu cảm biến xác định đã tốn một khoảng thời gian nên việc mở nhanh cửa sẽ bù trừ thời gian đã bị chậm). Khi gần hết hành trình mở cửa sẽ nhận được một tín hiệu tác động và giảm tốc độ xuống v3 để đảm bảo cửa dùng đúng chỗ và tránh va chạm cơ khí. Khi cửa đã mở ra hết tín hiệu phải đảm bảo không có điện tiếp tục cấp vào động cơ vì nếu không sẽ làm động cơ cháy. Khi cảm biến đã xác định chắc chắn hết người đi qua cửa, động cơ sẽ hoạt động và quay với chiều ngược lại khi truyền động cho cửa. Cửa sẽ được đóng lại qua 3 cấp tốc độ. Ban đầu, cửa đóng rất nhanh với vận tốc v1, theo đúng yêu cầu chung của cửa tự động mà ta đã nêu. Sau khi đi được một hành trình xác định hoặc một thời gian nhất định (khoảng 1/3 hành trình đóng) thì cửa sẽ nhận được một tín hiệu tác động giảm tốc độ xuống vận tốc v2 (v1>v2>v3). Lí do chính của việc giảm tốc độ này là để không tạo cho người có cảm giác không an toàn. Khi gần hết hành trình đóng, cửa sẽ nhận được một tín hiệu tác động khác ra lệnh giảm tốc lần nữa xuống vận tốc v3 để cửa dừng chính xác tránh va đập. Sau khi cửa đã đóng lại hoàn toàn thì phải dừng cấp điện cho động cơ để tránh gây cháy động cơ. Giả sử cửa đang đóng mà có người đi vào thì cửa phải mở ra ngay mà không cần thời gian xác định cảm biến điều khiển đóng mở để người vào kịp thời. Để nhận biết được có người hay không có người muốn sử dụng cửa, ta phải dùng cảm biến. Đây là một thiết bị quan trọng có tính quyết định đối với hoạt động của cửa tự động. Cảm biến được định nghĩa như một thiết bị dùng để đổi các đại lượng vật lý và các đại lượng không điện cần đo thành các đại lượng điện có thể đo được (như dòng điện, điện thế, điện dung, trở kháng..). Nó là một thành phần quan trọng nhất trong một thiết bị do hay trong một hệ thống điều khiển tự động. Có nhiều loại cảm biến như: Cảm biến quang, cảm biến nhiệt độ, cảm biến vị trí và dịch chuyển, cảm biến áp suất... * Phân tích một số loại cảm biến chính sau: Cảm biến nhiệt độ và cảm biến áp suất: Hai loại cảm biến này lấy các tín hiệu từ đại lượng nhiệt độ và áp suất. Các đại lượng như nhiệt độ áp suất và áp suất hầu như không liên quan đến việc đi lại của con người qua hệ thống cửa tự động. Vì vậy nên ta không dùng hai loại cảm biến này để lấy tín hiệu điều khiển cửa tự động. Cảm biến vị trí và dịch chuyển: Cảm biến này lấy sự dịch chuyển làm tín hiệu. Có hai phương pháp để xác định vị trí và dịch chuyển được dùng trong cảm biến vị trí và dịch chuyển. Cách 1: ứng với mỗi dịch chuyển cơ bản cảm biến sẽ phát ra một xung. Khi đó sự dịch chuyển và vị trí được xác định bằng cách đếm xung phát ra. Cách này được dùng để nhận biết tín hiệu thay đổi tốc độ động cơ chứ không dùng để đóng mở động cơ. Cách 2: Cảm biến cung cấp một tín hiệu là hàm phụ thuộc vào vị trí của phần tử trong cảm biến liên quan với vật mà ta cần đo sự dịch chuyển. Sự thay đổi tín hiệu sẽ cho ta biết độ dịch chuyển của vật thể. Cảm biến này không được dùng để lấy tín hiệu trong hệ thống cửa tự động vì đối tượng di chuyển là con người đi qua cửa. 2.4. Truyền động trong cửa tự động 2.4.1. Khái quát về truyền động Khâu truyền động trong cửa tự động quyết định lớn đến chất lượng hoạt động của cửa tự động, đặc biệt ở việc thay đổi các cấp tốc độ khi cửa đóng vào hoặc mở ra. Đối với truyền động cửa tự động thì quan trọng nhất là chất lượng điều chỉnh tốc độ và độ phức tạp trong việc điều chỉnh tốc độ. Sở dĩ như vậy là vì cửa tự động hoạt động với 2 cấp tốc độ khác nhau, đồng thời sự thay đổi tốc độ lại diễn ra trong thời gian ngắn (chỉ 1/2 hoặc 1/3 hành trình đóng mở cửa). V1 v 0 M t V1 V2 G1 V2 G2 D1 D2 Hình 2.6. Sơ đồ điều khiển Với yêu cầu trên, trong cửa tự động có thể sử dụng hệ thống khí nén hoặc sử dụng động cơ điện để truyền động cho cửa. Cả hai loại đều có khả năng truyền động cho cửa tự động đúng yêu cầu, tuy nhiên chúng cũng có những ưu nhược điểm khác nhau nên được ứng dụng ở những trường hợp khác nhau. Riêng đối với động cơ điện, người ta cũng có thể chọn nhiều loại động cơ: Động cơ không đồng bộ 3 pha. Động cơ xoay chiều 1 pha. Động cơ 1 chiều. 2.4.2. Động cơ không đồng bộ 3 pha Động cơ không đồng bộ được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp cũng như trong thực tế. Ưu điểm nỗi bật của động cơ này là: kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, vận hành an toàn, sử dụng trực tiếp từ lưới điện xoay chiều 3 pha.Tuy nhiên việc điều chỉnh tốc độ lại khó khăn hơn so với động cơ điện một chiều. Khác với động cơ một chiều, động cơ không đồng bộ đươc cấu tạo phần cảm và phần ứng không tách biệt. Từ thông động cơ cũng như momen động cơ sinh ra phụ thuộc vào nhiều tham số. Do vậy hệ điều chỉnh tự động truyền động điện động cơ không đồng bộ là hệ điều chỉnh nhiều tham số có tính phi tuyến mạnh. Dưới đây là các phương pháp điều khiển tốc độ . * Điều chỉnh điện áp động cơ Momen động cơ không đồng bộ tỷ lệ với bình phương điện áp stato , do đó có thể điều chỉnh được momen và tốc độ bằng cách điều chỉnh giá trị điện áp stato trong khi giữ nguyên tần số. * Điều chỉnh điện trỏ mạch roto. Khi điều chỉnh giá trị điện trở ro to thì momen tới hạn của động cơ không thay đổi và độ triựơt tới hạn thi tỷ lệ bậc nhất với điện trở. * Điều chỉnh tần số Luật điều chỉnh tần số điện áp theo khả năng quá tải Khi điều chỉnh tần số thì trở kháng, từ thông, dòng điện của động cơ thay đổi, để đảm bảo một số chỉ tiêu điều chỉnh mà không làm động cơ bị quá dòng thì cần phải điều chỉnh cả điện áp. Đối với hệ thống biến tần nguồn áp thường có yêu cầu giữ cho khả năng quá tải về mômen là không đổi trong suốt dải điều chỉnh tốc độ. Mômen cực đại mà động cơ sinh ra được chính là mômen tới hạn Mth, khả năng quá tải về mômen được quy định bằng hệ số quá tải mômen lM. Hình 2.7. Xác định khả năng quá tải về mômen Nếu bỏ qua điện trở của dây quấn stato Rs = 0 thì ta có thể tính được momen tới hạn như sau: (2-1) Điều kiện để giữ hệ số quá tải không đổi là: (2-2) Thay thế (2-1) vào (2-2) và rút gọn ta được: (2-2) Đặc tính cơ gần đúng của máy sản xuất (phụ tải) có thể viết như sau: (2-3) Hình 2.8. Sơ đồ nguyên lý biến tần nguồn áp Hình 2.9. Nguyên lý tạo điện áp xoay chiều ba pha Từ (2-3) và (2-2) rút ra được luật điều chỉnh tần số điện áp để có hệ số quá tải về mômen không đổi: (2-4) Hay ở dạng đơn vị không tên: Các bộ biến đổi tần số - điện áp Sơ đồ nguyên lý mạch lực của một bộ biến tần nguồn áp trên bao gồm bốn khối chức năng chính: nguồn điện một chiều NMC, mạch lọc F, nghịch lưu độc lập nguồn áp NL và động cơ giá trị điều chỉnh được, nghịch lưu gồm 6 khoá bán dấn S1S6 và cần 6 van không điều khiển D1 D6. Các khoá ngịch lưu được đóng cắt theo thứ tự nhất định (xem H.5-16,a) tạo thành điện áp xoay chiều ba pha đặt lên động cơ chấp hành, góc dẫn của các khoá là 1800, thời điểm các khoá S1, S3, S5 và S2, S4, S6 bắt đầu dẫn lệch nhau 1200. Điện áp dây của nghịch lưu có dạng xung chữ nhật với độ rộng là 1200 và thoả mãn điều kiện phân tích thành chuỗi điều hoà. (2-5) k = 1 + 6C; C=0, ±1; ±2 Thành phần điều hoà cơ bản của (2-5) có biên độ: (2-6) và có giá trị hiệu dụng là: (2-7) Giá trị hiệu dụng của chuỗi : (2-8) Biên độ tầng sóng hai bậc k: (2-9) Đồ thị điện áp pha của động cơ có dạng bậc thang, tại thời điểm các khoá chuyển mạch thì điện áp pha có đột biến nhảy cấp, giá trị từng cấp được xác định như trên. Dòng điện của động cơ là nghiệm phương trình vi phân mô tả động cơ được giải ở từng đoank, khi điện áp pha không đổi. Dòng điện có dạng xoay chiều không điều hoà. Xem H2.10. Hình 2.10. Đồ thị dòng điện và khoảng dẫn của các van Các khoá S là các khoá bán dẫn, ở các truyền động công suất nhỏ thường dùng các tranzito, ở các truyền động công suất lớn thường dùng các van tiristo, khi này việc khoá (ngắt) các van được thực hiện bằng các mạch đặc biệt như dùng tụ điện và các van thiristo phụ Thời gian gần đây sử dụng các van tiristo đặc biệt là các vanm khoá được bằng xung điều khiển (GTO). Hình 2.11. Các phương pháp điều chỉnh điện áp trong nghịch lưu tần số - điện áp Giá trị điện áp động cơ được điều chỉnh hoặc bởi điều chỉnh biên độ điện áp một chiều - bằng chỉnh lưu điều khiển hoặc bằng bộ băm xung áp (H.5-H.7,a). Điện áp cũng có thể điều chủnh bằng điều chỉnh thời gian đóng của các khoá X (H.5 - H.7,b), hoặc là bằng điều chế độ rộng các xung áp bằng chính nghịch lưu (H.5 - H.7, c, d). Phương pháp sau đây được sử dụng rộng rãi nhất là ở các truyền động công suất nhỏ, do có ưu điểm nổi bật là vừa điều chỉnh đj diện áp, vừa là “sin hoá” điện áp đặt vào động cơ. Với số lượng các xung có độ rộng thích hợp, phương pháp điều chế độ rộng xung có thể làm triệt tiêu các sóng hài bậc cao. * Điều chỉnh từ thông Chế độ định mức là chế độ làm việc tối ưu và tuổi thọ của động cơ không đồng bộ. Trong chế độ này, từ thông là định mức và mạch từ có công suất tối đa. Luật điều chỉnh điện áp tần số (5-61) là luật gần đúng giữ từ thông không đổi trên toàn dải điều chỉnh. Tuy nhiên từ thông động cơ, trên mỗi đặc tính, còn phụ thuộc rất nhiều vào độ trượt s, tức là phụ thuộc mômen tải trên trục động cơ. Vì thế, trong các hệ điều chỉnh yêu cầu chất lượng cao cần tìm cách bù từ thông. Khi giải đồng thời các phương trình trên ta có thể tìm được quan hệ giữa dòng điện stato và từ thông rôto. (2-10) Trong đó: Tr = Lr/Rr Biểu thức (2-10) có nghĩa là nếu muốn giữ từ thông không đổi yr = yfđm thì dòng điện phải được điều chỉnh theo độ trượt. Sử dụng sơ đồ thay thế và các biểu thức ta có thể chứng minh được rằng: Khi giữ biên độ từ thông rôto không đổi thì vectơ từ thông rôto và vectơ dòng điện rôto luôn vuông góc nhau trong không gian. Mặt khác, do mômen điện từ là tích vectơ của hai vectơ này nên khi chúng vuông góc nhau thì mômen là tích của hai đại lượng. M yr.Ir (2-11) Hình 2.12. Quan hệ IS(wS) khi từ thông là không đổi Điều này cũng có nghĩa là mômen điện từ sẽ tỷ lệ với biên độ dòng điện rôto, giống như quan hệ giữa mômen và dòng điện phần ứng trong động cơ một chiều kích từ độc lập khi từ thông kích từ là định mức. Sơ đồ nguyên lý và đặc tính điều chỉnh của hệ kín như trên H.2-12. Cấu trúc sơ đồ điều chỉnh từ thông như trên H.2.12. chỉ là điều chỉnh gián tiếp từ thông, thông qua điều chỉnh điện áp của động cơ, vì vậy mà độ chính xác điều chỉnh thấp. Phương pháp điều chỉnh cả độ lớn (biên độ) và vị trí (pha) của dòng điện giúp tạo được hệ thống điều chỉnh từ thông hoàn hảo mà không cần xen - xơ từ thông. Véc tơ từ thông rôto quy đổi quay đồng bộ với từ trường quay, trong khi chuyển vị các véc tơ và các phương trình, coi véctơ từ thông trùng với một trục toạ độ - trục ox - như trên H.2.13 Góc g mang thông tin về vị trí vectơ từ thông, do thành phần isx nằm cùng phương với từ thông, do đó điều chỉnh từ thông cũng chính là điều chỉnh isx. Thành phần isy nằm vuông góc với vectơ từ thông nên nếu giữ biên độ từ thông không đổi thì thành phần isy sẽ tỷ lệ với dòng điện rôto, và do đó tỷ lệ với mômen Hình 2.13. Điều chỉnh tần số - điện áp với từ thông không đổi Hình 2.14. Chuyển vị các trục toạ độ điện từ. Vectơ dòng điện stato có các thành phần được xác định từ hình 5-20. isa = isx. cosg - isy.sing (2.12) isb = isx. sing - isy.cosg Khi giữ từ thông không đổi về điều chỉnh mômen thì do đặc tính cơ có độ cứng hữu hạn nên tốc độ trượt ws = wo - w cũng thay đổi tỷ lệ với mômen, còn đầu mút của vectơ dòng điện is sẽ trượt dọc theo đường thẳng isx = const. Sơ đồ khối của hệ điều chỉnh vị trí và biên độ véctơ dòng điện được xây dựng. Hình 2.15. Điều chỉnh vectơ dòng điện động cơ trong hệ thống biến tầng nguồn áp Các bộ điều chỉnh tốc độ (Rw) và dòng điện (Rl) có cấu trúc và chức năng như đã mô tả ở các phần trước. Bộ biến đổi tần số điện áp BBT là loại biến tần - điện áp điều chỉnh riêng rẽ từng pha bằng phương pháp điều chế độ rộng xung, SP là xenxơ xác định vị trí gr của rôto. Khối tính toán chuyển vị T1 thực hiện tính toán các phương trình chuyển vị (5-69), trong đó góc g được xác định như sau: g= gr + ũws.dt = gr + Km.ũisy .dt. Khối chuyển vị T2 (H.5-20b) thực hiện chuyển vị ngược từ hệ toạ độ hai pha (a, b, O) sang hệ ba pha (a, b, c) tính được: ia = isa (2-13) 2.4.3. Động cơ điện một chiều Mặc dù ta không thể lấy được điện 1 chiều trực tiếp từ lưới điện nhưng nguồn điện xoay chiều 1 pha rất rộng rãi. Ta có thể sử dụng bộ chỉnh lưu để chuyển năng lượng xoay chiều 1 pha thành năng lượng 1 chiều một cách dễ dàng. Việc sử dụng năng lượng này rất thích hợp do đặc điểm của cửa tự động là sử dụng chủ yếu trong dân dụng, đồng thời công suất của cửa tự động cũng không lớn. Thông thường, động cơ điện 1 chiều có nhiều ưu việt hơn so với các loại động cơ khác: Điều chỉnh tốc độ dễ dàng. Chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh rộng. Cấu trúc mạch động lực, mạch điều khiển đơn giản. Đây là những đặc điểm rất cần thiết trong truyền động cho cửa tự động * Động cơ điện 1 chiều không có chổi than Cấu tạo của loại động cơ này là: có phần kích từ là phần quay dùng nam châm vĩnh cửu để kích từ, phần ứng là phần tĩnh bằng dây quấn được cấp nguồn từ nguồn năng lượng 1 chiều. Loại động cơ 1 chiều không có chổi than có ưu điểm lớn là điều chỉnh tốc độ rất tốt. Vì không có chổi than nên khi hoạt động không tạo ra tia lửa điện nên cơ cấu làm việc của nó tốt hơn động cơ 1 chiều có chổi than. Tuy nhiên, loại động cơ này có mạch điều khiển phức tạp, lại chưa được sử dụng rộng rãi và có giá thành cao. Do đó, ta không sử dụng nó cho thiết kế truyền động của cửa tự động. * Động cơ 1 chiều có chổi than Có 2 loại động cơ điện 1 chiều có chổi than: Loại kích từ độc lập. Loại dùng nam châm vĩnh cửu kích từ. Loại động cơ này có ưu điểm là: Điều khiển dễ dàng (do điều chỉnh tốc độ không phức tạp). Chỉ cần qua chỉnh lưu từ nguồn xoay chiều là có thể dùng được. Tuy nhiên nó lại có một số nhược điểm: Phát sinh tia lửa điện tại nơi tiếp giáp giữa chổi than và cổ góp làm ảnh hưởng tới các thiết bị khác và gây ra những âm thanh gây khó chịu, thiếu an toàn. Tia lửa điện phát ra là một loại sóng điện từ có thể gây nhiễu sóng trong quá trình điều khiển. (nhược điểm này có thể khắc phục nhờ hộp dập tia lửa điện). Xét trên thực tế hiện nay thì việc sử dụng loại động cơ 1 chiều có chổi than là khả thi nhất vì tính hữu dụng và tiết kiệm của nó. ĐC + + UKT - - Hình 2.16. Sơ đồ nguyên lý động cơ 1 chiều kích từ độc lập Trong cửa tự động, ta thường chọn loại động cơ 1 chiều có chổi than dùng kích từ bằng nam châm. * Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều Sử dụng động cơ 1 chiều có chổi than điều chỉnh tốc độ khá dễ dàng và có nhiều cách. w Mđm w0 wđm M Hình 2.17. Đường đặc tính cơ tự nhiên của động cơ 1 chiều kích từ độc lập Trước hết ta xét đường đặc tính cơ của động cơ 1 chiều: Đặc tính cơ chịu ảnh hưởng của 3 tham số: Từ thông động cơ F, điện áp phần ứng Uư, và điện trở phần ứng động cơ. Ta lần lượt xét ảnh hưởng của từng tham số đó. Xét ảnh hưởng của điện trở phần ứng Giả thiết Uư = Uđm = const và F = Fđm = const. Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ R1 vào mạch phần ứng. Trong trường hợp này: Tốc độ không tải: Độ cứng đặc tính cơ: Khi Rph càng lớn, b càng nhỏ, nghĩa là đặc tính cơ càng dốc. Khi Rph = 0, btncó giá trị lốn nhất nên đặc tính cơ có độ cứng hơn tất cả các đường đặc tính cơ có điện trở phụ. Như vậy khi thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng, ta được một họ đặc tính cơ có dạng như H3.4. Với một phụ tải Mc nào đó, nếu Rph càng lớn thì tốc độ càng giảm, đồng thời dòng điện ngắn mạch và momem ngắn mạch cũng giảm. Cho nên người ta thường sử dụng phương pháp này để hạn chế dòng điện và điều chỉnh tốc độ động cơ phía dưới tốc độ cơ bản. Hình 2.18. Các đặt tính của động cơ 1 chiều kích từ độc lập khi thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng w MC w0 TN Rph1 Rph2 Rph3 Rph4 M Việc tăng điện trở phụ Rph làm cho tốc độ không tải giữ nguyên nhưng độ cứng của đặc tính cơ lại giảm đi. Xét ảnh hưởng của từ thông Hình 2.19. Sơ đồ thay thế Giả thiết điện áp phần ứng Uư = Uđm = const, điện trở phần ứng Rư = const. Muốn thay đổi từ thông ta thay đổi dòng điên kích từ Ikt động cơ. Tốc độ không tải: Độ cứng đặc tính cơ: Inm w w0 w01 F2 F1 F0 I w02 Hình 2.20. Đặt tính cơ của động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập khi giảm từ thông Như vậy khi thay đổi từ thông mạch phần ứng, các đường đặc tính cơ sẽ thay đổi như hình vẽ H3.5. Việc giảm từ thông, làm Fox tăng, còn b sẽ giảm tức là tốc độ không tải và độ cứng đặc tính cơ giảm. Xét ảnh hưởng của điện áp phần ứng Giả sử từ thông F = Fđm= const, điện trở phần ứng Rư = const. Khi thay đổi điện áp phần ứng (thường là giảm so với Uđm ) ta có: Tốc độ không tải: Độ cứng đặc tính cơ: Như vậy khi thay đỏi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta được một họ đặc tính cơ song song với đặc tính cơ tự nhiên như hình 2.20. Hình 2.21. Các đặc tính của động cơ 1 chiều kích từ độc lập khi giản áp đặt vào phần ứng động cơ w MC w0 w01 M w02 w03 TN U1 U2 U3 Việc giảm điện áp phần ứng làm tốc độ không tải giảm nhưng độ cứng đặc tính cơ giữ nguyên. Sở dĩ ta phải xét đường đặc tính cơ của động cơ truyền động vì độ cứng của đường đặc tính cơ ảnh hưởng lớn tới việc truyền động phải điều chỉnh tốc độ. Ưu điểm của động cơ điện 1 chiều là có đường đặc tính cơ khá cứng (ít dốc) nên khi tải trên trục động cơ nhỏ thì độ sụt tốc độ là rất ít còn khi tải trên trục động cơ nhiều thì tốc độ sụt cũng không nhiều lắm; tức là tốc độ động cơ ít bị thay đổi khi MC trên trục động cơ thay đổi. Điều này bảo đảm cho cửa tự động ta thiết kế hoạt động được trơn, êm. Ngoài ra, tốc độ không tải lí tưởng phụ thuộc vào giá trị điện áp mà ta có thể điều khiển được. Qua việc, phân tích sự ảnh hưởng của các tham số đến đường đặc tính cơ, ta chọn được phương pháp điều chỉnh tốc độ cho động cơ là điều chỉnh điện áp phần ứng. Phương pháp điều chỉnh này đảm bảo độ cứng của đường đặc tính cơ không thay đổi khi ta thay đổi tốc độ động cơ (Do đó không cần bộ ổn định tốc độ) So sánh cả 3 loại động cơ trên ta thấy rằng việc sử dụng động cơ điện 1 chiều để truyền động cho cửa tự động là hợp lí nhất. Do động cơ dùng trong cửa tự có công suất nhỏ, vận tốc thấp cho nên ta sử dụng phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng để thay đổi tốc độ truyền động, từ đó thay đổi tốc độ đóng (hoặc mở) cửa,vả lại đông cơ chạy với cấp tốc độ cho nên ta sử dụng biến áp có nhiều cấp dây quấn và thay đổi cấp điện áp bằng các rơ le trung gian. 2.4.4. Các phương pháp chỉnh lưu Để biến đổi dòng điên xoay chiều môt pha thành dong điện một chiều có 2 cách + Chỉnh lưu hình tia + Chỉnh lưu cầu Với hai cách đó còn chia ra chỉnh lưu có điều khiển và chỉnh lưu không điều khiển + Chỉnh lưu có điều khiển được dùng các van điều khiển la các thyristor .Các thyrirtor này được điều khiển bằng cách tạo một xung điều khiển đưa đến cưc điều khiển(G). Cho nên để điêu khiển đươc phải tốn kém về mặt thời gian cũng như tiền bạc. Hơn nữa trong đồ án này tải có công suất nhỏ , giai tốc độ hep(hai cấp tốc độ) .Chính vì những lý do đó ta chọn phương pháp chỉnh lưu cầu điot không điều khiển. 2.4.5. Thiết kế mạch lực * Nguyên lý chung Điện áp cấp cho mạch lưc được lấy từ nguồn điện xoay chiều môt pha: (220V AC). Thông qua máy biến áp, điện áp 220V đươc hạ xuống hai cấp điện áp là: 24V và 12V. Đầu ra cuôn sơ cấp may biến áp được cấp vào bộ chỉnh lưu cầu diôt . Điện áp ra của bộ chỉnh lưu là điên áp một chiều cấp cho đông cơ. Sơ đồ mạch lực được bố trí như hình dưới đây. Hình 2.21. Sơ đồ mạch lực * Tính chọn van Với đầu ra có hai cấp điện áp là : 24V/ 12V cho nên để đảm bảo an toàn cho van ta lây cấp điện áp cao hơn , tức là U2=24 ( V ). Công suât động cơ: 45 W Ta có: Điện áp sau bộ chỉnh lưu Ud là. Ud=0,9 . U2=0,9.24=21,6 (V) Dòng trung bình qua điôt. ID== = 2(A) Điện áp ngược lớn nhất trên điôt sẽ là. U ng.m=U2m = .U2=33,6 (V) Căn cứ vào các thông số trên ta chọn loại điot sau. Kí hiệu : KYZ70 Điện áp ngược Ungược = 50 (V) Dòng qua điot ID= 5 (A) Số lượng diot : 4 cái 2.1. Sự phát triển của TĐH Cùng với công nghê thông tin thì TĐH là một ngành khoa học phát triển cực kỳ mạnh mẽ trong thời gian gần đây. TĐH có mặt ở khắp mọi nơi mọi lĩnh vực trong cuộc sống. Trong các nhà máy, xí nghiệp,xưởng sản xuất đó là các dây truyền sản xuất tự động.Hay trong các cơ quan, công sở,văn phòng như là thang máy ,cửa tự động.Thậm chí cả ở sân bay, nhà ga, siêu thị là các cửa tự động các máy bán hàng tự động, các máy soát hàng tự động ... Những thành tựu mà nó đem lại cho nhân loại là không thể kể siết. Tầm quan trọng của nó không chỉ đối với những nước đang phát triển đang trong quá trình công nghiệp hoá như nước ta, mà còn đối với cả nhưng nước tư bản phát triển hàng đầu thế giới như Mỹ, Nhật, Đức ... Vì vậy việc nghiên cứu các ứng dụng của TĐH áp dụng trong quá trình phát triển của xã hội là điều tất yếu và cần thiết đối với sinh viên ngành TĐH. Việc học hỏi tìm tòi và sáng tạo những ứng dụng của TĐH sẽ góp phần không nhỏ vào sự phát triển nền công nghiệp nước nhà nói riêng và sự đi lên của xã hội nói chung. Một xã hội phát triển và văn minh là một xã hội gắn liền với TĐH. Chương 3: Nghiên cứu ứng dụng PLC 3.1. Các vấn đề chính về PLC 3.1.1. Sự phát triển của tự động hoá(TĐH) và PLc nói chung Trong rất nhiều ứng dụng của TĐH, chúng ta không thể không kể nói đến công nghệ PLC, là một công nghệ lập trình tối ưu dùng để điều khiển các chương trình hoạt động tự động. Công nghệ PLC kết hợp với máy vi tính là nền móng vững chắc cho ngành TĐH phát triển. Trong cạnh tranh công nghiệp thì hiệu quả của nền sản xuất nói chung là chìa khoá của thành công. Hiệu quả của nền sản xuất bao trùm những lĩnh vực rất rộng như: Tốc độ sản xuất ra một sản phẩm của thiết bị và của dây truyền phải nhanh. Giá nhân công và vật liệu làm ra sản phẩm phải hạ. Chất lượng cao và ít phế phẩm. Thời gian chết của máy móc là tối thiểu. Máy sản xuất có giá trị rẻ. Các bộ điều khiển chương trình đáp ứng được hầu hết các yêu cầu trên và như là yếu tố chính trong việc nâng cao hơn nữa hiệu quả sản xuất trong công nghiệp. Trước đây thì việc tự động hoá chỉ được áp dụng trong sản xuất hàng loạt năng suất cao. Hiện nay cần thiết phải tự động hoá cả trong sản xuất nhiều loại hàng hoá khác nhau, trong việc nâng cao chất lượng cũng như để đạt năng suất cao hơn và nhằm cực tiểu hoá vốn đầu tư cho thiết bị và xí nghiệp. Các hệ thống sản xuất linh hoạt(FMS) đáp ứng được các nhu cầu này. Hệ thống bao gồm các thiết bị như các máy điều khiển số, rôbôt công nghiệp, dây truyền tự đông và máy tính hoá công việc điều khiển sản xuất. Bạn sẽ tìm thấy nhiều ứng dụng của các bộ điều khiển chương trình trong thiết bị sản xuất tự động. Trước khi có các bộ điều khiển chương trình trong sản xuất đã có nhiều phần tử điều khiển, kể cả các trục cam, các bộ không chế hình trống. Khi xuất hiện rơle điện tử thì panel rơle trở thành chủ đạo trong điều khiển . Khi Transistors xuất hiện nó được áp dụng ngay ở những chỗ mà rơle điện tử không đáp ứng được những yêu cầu điều khiển cao. Ngày nay, lĩnh vực điều khiển được mở rộng đến cả quá trình sản xuất phức tạp, đến các hệ thóng điều khiển tổng thể với các mạch vòng kín, đến các hệ thống sử lý số liệu và điều khiển kiểm tra tập trung hoá. Hệ thống điều khiển logic thông thường không thể thực hiên điều khiển tổng thể được, và các bộ điều khiển chương trình hoá hoặc điều khiển bằng máy vi tính đã trở nên cần thiết. Bảng sau đây chỉ ra sự so sánh giữa hệ điều khiển lôgic cổ điển và điều khiển chương trình hoá: Wired logic Programable controller Phần tử điều khiển Mục đích đặc biệt Mục đích chung Phạm vi thay đổi Nhỏ và trung bình Trung bình và lớn Thay đổi hoặc thêm Khó Dễ Thời gian giao hàng Vài ngày Hầu như ngay lập tức Bảo trì bảo dưỡng Khó Dễ độ tin cậy Phụ thuộc vào thiết kế và chế tạo Cao Hiệu quả kinh tế ưu điểm ở vùng công suất nhỏ ưu điểm ở vùng hoạt động công suất nhỏ , trung bình và lớn. Bảng 3.1: Sự so sánh giữa hệ điều khiển lôgic cổ điển và điều khiển chương trình hoá II3.2-. c Chức năng, ứng dụng của PLC I3.2.1. Định nghĩa + PLC – Programmable Logic Controller: Là bộ điều khiển logic lập trình được. + PLC là thiết bị điều khiển có cấu trúc máy tính, bao gồm bộ xử lý trung tâm (Central Processing Unit – CPU), bộ nhớ ROM, RAM dùng để nhớ trương trình ứng dụng và kết quả trung gian, các cổng vào/ra. Nguyên lý làm việc của PLC tương tự như các máy tính công nghiệp. + Vị trí của PLC trong hệ thống điều khiển * Hệ thống điều khiển PLC: - Các phần tử logic được định nghĩa bằng chương trình - Thực hiện hàm logic bằng chương trình - Có tính mềm dẻo cao, tuy nhiên độ tác động nhanh không cao. + Các ký hiệu thường dùng: Bảng 3.2: Các ký hiệu thường dùng * Hệ thống điều khiển truyền thống Bảng 3.3: Các ký hiệu điều khiển truyền thống + Đặc điểm: - Phần tử logic là vật lý - Nối ghép các phần tử bằng dây dẫn. - Tính mềm dẻo thấp (một cấu trúc chỉ tương ứng với một hàm điều khiển) - Tác động nhanh (Tốc độ truyền dữ liệu bằng tốc độ ánh sáng), truyền đồng thời. Hệ điều khiển truyền thông chỉ thích hợp trong hệ có ít phân tử và hệ có công suất lớn. 3.2.2.II. Các khả năng của PLC + Thay cho chức năng điều khiển logic: - Thay cho chức năng của Rơle, bộ đếm, bộ so sánh, bộ định thời Timer. - Điều khiển tự động và bán tự động các quá trình (tự động khống chế nhiệt độ, đếm sản phẩm, phân loại sản phẩm) - Điều khiển liên tục ON, OFF. + Điều khiển liên tục. - Thiết bị đầu vào ngoài các thiết bị logic ON, OFF còn có các bộ cảm biến cho tín hiệu biến đổi theo thời gian. - Điều khiển liên tục quá trình – analog (nhiệt độ, áp suất, tốc độ, điện áp, dòng điện), điều khiển động cơ chấp hành, động cơ bước. - Thực hiện các phép tính số học (+-*/phân tích..) - Điều khiển logic mở Fuzy + Điều khiển phức hợp, tổng thể. - Theo dõi, điều khiển quá trình, báo lỗi - Ghép nối mạng tự động hoá, ghép nối máy tính. Mạng SCADA (Supervisor Control and Data Accquistion) -> ứng dung trong đầu khí, điện lực, đo lường các tham số môi trường. + Thực hiện điều khiển tổng thể quá trình: điều khiển quá trình này trong mối quan hệ với các quá trình khác. Hình 3.1: Sơ đồ điều khiển tổng thể III3.3./ Các điểm chính khi sử dụng PLC 3.3.1. Đầu vào: - Số lượng đầu vào phụ thuộc vào loại PLC - Tín hiệu đầu vào có thể là tín hiệu tương tự (analog) hoặc số Digital) - Cấu trúc đầu vào như sau: Hình 3.2: Cấu trúc đầu vào + Đặc điểm đầu vào: * Các đầu vào được đánh số và được tín hiệu hoá * Do yêu cầu cần phải cách ly giữa mạch điều khiển và mạch lực, đầu vào cần phải được ghép quang (opto – couple) + Một số thiết bị đầu vào thông dụng: * Các loại cảm biến: Sensor quang, Sensor tiệm cận, sentor nhiệt, * Các loại chuyển mạch hạn chế (limit switches), bộ mã hoá (Encoder) 3.3.2. Đầu ra: + Sơ đồ đầu ra: Hình 3.3: Cấu trúc đầu ra + Đặc điểm: - Số lượng đầu ra phụ thuộc loại PLC - Có hai loại đầu ra là loại ghép Rơle và ghép Transisto - Đầu ra được đánh số và được tín hiệu hoá. - Đầu ra được ghép quang để cách ly CPU với mạch ngoài tránh làm hỏng các bộ phận vi xử lý trong PLC. - Các thiết bị đầu ra có thể là: Bơm, đèn, động cơ, rơle 3.3.3. Sơ đồ lắp ráp PLC: Hình 3.4: Sơ đồ lắp ráp PLC 3.3.4. Tổ chức bộ nhớ trong PLC: Bộ nhớ của PLC được chia làm 2 phần: Bộ nhớ chương trình (Program Memory) và bộ nhớ dữ liệu (Data Memory). Việc quản lý bộ nhớ do hệ điều hành đảm nhiệm. Có hai loại bộ nhớ: ROM (Read Only Memory): Sử dụng để bộ nhớ hệ điều hành điều khiển PLC do nhà sx viết. Có hai loạ ROM và EPROM và EEPROM. RAM: Là bộ nhớ có thể ghi/xoá được, dùng để nhớ chương trình ứng dụng được nuôi bằng pin. + Bộ nhớ chương trình: * Chỉ lưu trư một chương trình. Người sử dụng có thể truy nhập vào bộ nhớ chương trình bằng phần mềm lập trình. * NGười sử dụng có thể truy nhập vào bộ nhớ chương trình ở hai mức: Nạp chương trình từ bộ lập trình vào PLC (Download), Nạp chương trình từ PLC vào bộ lập trình (Upload) * Người dùng có thể bảo vệ chương trình của mình nhờ sử dụng password. + Bộ nhớ dữ liệu: * Người sử dụng có thể truy nhập bộ nhớ dữ liệu ở nhiều mức khác nhau như theo bít, theo byte, có thể thao tác ghi, đọc, xoá. * Chia làm các vùng, mỗi vùng lưu trữ một kiều dữ liệu xác định tạo thành một cấu trúc dữ liệu cho một PLC cụ thể. * Bộ nhớ dữ liệu được chia làm các vùng, mỗi vùng có một tên riêng để lưu trữ một kiểu dữ liệu xác định. * Người dùng truy nhập tới các vùng dữ liệu thông qua tên. 3.3.5. Các vùng dữ liệu: * Vùng dữ liệu vào: Là vùng lưu trữ dữ liệu đọc từ các môdun vào. Kích thước của vùng này quy định số lượng đầu vào cực đại. Có thể truy nhập vào bộ nhớ dạng byte, bit, word. * Vùng dữ liệu ra: Lưu trữ các dữ liệu gửi ra tại các môdun đầu ra. Có thể truy nhập vào bộ nhớ theo dạng byte, bit, word. * Vùng dữ liệu lưu trữ các kết quả tính toán: Dùng để lưu giữ các kết quả tính toán trung gian hay còn gọi là các bộ nhớ dữ liệu bên trong. Có thẻ truy nhập vào bộ nhớ theo dạng byte, bit, word * Vùng nhớ duy trì: Lưu trữ các kết quả tính toán, trạng thái dữ liệu cần được duy trì khi ngắt nguồn. * Các vùng nhớ phụ: Gồm vùng nhớ đệm để lưu giữ tạm thời các kết quả và vùng nhớ để phục vụ cho việc truyền thông. Vùng này có thể truy nhập theo dạng byte, bit, word. * Vùng nhớ đặc biệt: Gồm các vùng nhớ cò (flags) và vùng nhớ cấu hình hệ thống. Có vùng nhớ đặc biệt chỉ có thể đọc, có vùng nhớ cho phép đọc/ghi. * Vùng nhớ dữ liệu: Dùng để lưu giữ dữ liệu trong quá trình tính toán, đặt cấu hình tính toán. Vùng nhớ này có thể truy nhập ở dạng byte, word. * Vùng lưu giữ dữ liệu về các thiết bị (devices): Các thiết bị gồm có: Bộ định thời gian (Timer), Bộ đếm (Counter), các môđun vào/ra tương tự (analog), các môdun vào/ra đặc biệt. Iv/ 3.4. Các bước lập trình cho PLC 1/ Tìm hiều kỹ yêu cầu công nghệ (bổ xung các yêu cầu cần thiết) 2/ Liệt kê các đầu vào ra cho PLC nhằm để chọn PLC cho tương thích với số lượng đó. 3/ Phân cổng vào ra cho PLC – phân cổng có dụng ý để: + Vị trí, tên thiết bị + Trình tự thao tác của thiết bị 4/ Dựng lưu đồ – thuyết minh cách mà PLC thực hiện. 5/ Dịch lưu đồ sang phản đồ thang (trường hợp có sơ đô Logic điện thì có thể bỏ qua một bước). 6/ Lập trình giản đồ thang vào PLC. 7. Chạy thử nghiệm chương trình Tạo ra tập tín hiệu vào PLC tương đương với thực tế, sau đó kiểm tra trạng thái đầu ra xem phù hợp hay không; Nừu sai sửa lại trương trình (quay lại bước 6) 8/ Tiến hành nối PLC với thiết bị thực. 9/ Tiến hành thao tác kiểm tra, sửa đổi. 10/ Chạy, nghiệm thu, bàn giao Các bước tiến hành chạy tử nghiệm * Chạy bằng tay các cơ cấu cơ khí * Chạy ở chế độ điều khiển bằng tay (chế độ chạy nhắp) * Cho thiết bị cháy ở chế độ điều khiển tự động. 3.5.V/ C Các lệnh cơ bản của PLC (PLC – OMRON): 1/ Lệch xoá Password: Clr => Montr => Clr => xuấthiện 000 2/ Lệnh LD (Leader): Bắt đầu dòng lệch mới 3/ Lệnh AND: nối nối tiếp hai khối 4/ Lệch OR: Nối song hai khối 5/ Lệnh Not: Biểu diễn khối đảo (khối thường kín) 6/ Lệnh Out: Khối đầu ra 7/ Lệnh FUN: hàm chức năng đặc biệt. FUN01 => Hàm End 8/ Lệnh TIM: Bộ Rơle thời gian 9/ Lệnh CNT: Bộ đếm *) Các bước lập trình: - Nối PLC -> Consol -> bật nguồn PLC - So Password - Lập trình: Chuyển khoá sang chế độ Program - Đánh mã lệnh. + Kiểm tra chương trình -> bằng ư¯ (Phím mũi tên -> kiểm tra câu lệnh không). + Chạy thử nghiệm: chuyển khoá sang chế độ monitor. IV3.6.- Các vấn đề chính cần biết khi sử dụng plc PLC Đầu vào a) Số đầu vào. Các loại đầu vào. Đầu ra a) Số lượng đầu ra. Các loại đầu ra. Bộ nhớ a) RAM Thông tin ở bộ nhớ này có thể được ghi vào hoặc đọc ra. EPROM Là bộ nhớ PROM để lưu giữ vĩnh cửu các chương trình và có thể lập trình lại bằng thiết bị lập chương trình. EEPROM Là bộ nhớ vĩnh cửu các chương trình và có thể lập trình lại bằng thiết bị chuẩn CRT hoặc bằng tay. Ngoại vi a) Thiết bị lập trình bằng tay. b) L.S.S - Phần mềm phụ trợ bằng tay. Bộ lập trình Prom. G.P.C- Thiết bị lập trình đồ hình F.I.T-Tecminal thông minh trong xí nghiệp. 3.7.V- Thủ tụcThao tác thiết kế bộ điều khiển chương trình Tìm hiểu các yêu cầu của hệ thống điều khiển Nối tất cả các thiết bị vào ra với PC Kiểm tra tất cả các dây nối Chạy thử chương trình Sửa lại phần mềm Dựng một lưu đồ chung của hệ thống điều khiển Liệt kê các đầu vào ra tương ứng với các đầu V\R của PLC Phiên dịch lưu đồ sang giản đồ thang Chương trình đúng? Lập trình giản đồ thang vào PLC Lưu chương trình vào EPROM Sắp xếp có hệ thống tất cả các bản vẽ Kết thúc Thay đổi chương trình Mô phỏng chương trình và kiểm tra phần mềm Chương trình đúng? Chương IIIC3.8. Các bài tập lớn ứng dụng bộ điều khiển chương trình plc_cqm1 Bài 1: Điều khiển tín hiệu đèn giao thông Phía Bắc Phía Nam Biểu đồ thời gian 45s 30s 15s Xanh Vàng Đỏ Xanh Vàng Đỏ Bắc Nam Lưu đồ chương trình TIM #0300 Xanh START Vàng TIM #0150 Đỏ TIM #0450 Đỏ TIM #0450 Xanh TIM #0300 Vàng TIM #0150 Giản đồ thang Phía Bắc 10000 T000 10001 T002 10000 TIM000 T001 #0300 TIM001 T000 #0600 TIM002 10000 #0150 10002 T002 T003 TIM003 10000 #0450 Phía Nam 10006 T004 10004 T006 10006 TIM004 T005 #0450 TIM005 T004 #0600 TIM006 10006 #0300 10005 T006 T007 TIM007 10005 #0150 Mã nhớ Địa chỉ Lệnh Dữ liệu 00000 LD NOT TIM 000 00001 OUT 10000 00002 LD NOT TIM 002 00003 AND NOT 10000 00004 OUT 10001 00005 LD NOT TIM 001 00006 TIM 000 #0300 00007 LD TIM 000 00008 TIM 001 #0600 00009 LD NOT 10000 00010 TIM 002 #0150 00011 LD TIM 002 00012 AND NOT TIM 003 00013 OUT 10002 00014 LD 10002 00015 TIM 003 #0450 00016 LD NOT TIM 004 00017 OUT 10006 00018 LD NOT TIM 006 00019 AND NOT 10006 00020 OUT 10004 00021 LD NOT TIM 005 00022 TIM 004 #0450 00023 LD TIM 004 00024 TIM 005 #0600 00025 LD NOT 10006 00026 TIM 006 #0300 00027 LD TIM 006 00028 AND NOT TIM 007 00029 OUT 10005 00030 LD 10005 00031 TIM 007 #0150 00032 FUN(01) Khi được cấp nguồn, đèn xanh phía bắc sáng trong vòng 30s, đồng thời đèn đỏ phía nam sẽ sáng trong vong 45s. Tiếp theo đèn vàng phía bắc sẽ sáng trong vòng 15s, sau 15s , đèn xanh phía nam sẽ sáng và đèn đỏ phía bắc sáng. Quá trình lặp đi lặp lại cho đến khi ngắt nguồn. Bài 2: Điều khiển dây truyền đóng gói Biểu đồ thời gian 00000 00001 00002 00003 01000 CNT010 10000 10001 Phân công đầu vào Phần tử 00000 START Push Button(PB1) 00001 STOP Push Button(PB2) 00002 Có táo(SE1) 00003 Có hộp(SE2) Phân công đầu ra Phần tử 10000 Băng chuyền táo 10001 Băng chuyền hộp Khi PB1 bị ấn, băng chuyền hộp sẽ chạy. Khi phát hiện ra có hộp, băng chuyền hộp dừng, băng chuyền táo chạy, xenxơ đếm sẽ đếm được 10 quả. Băng chuyền tào dừng băng chuyền hộp lại chạy. Bộ đếm sẽ hồi phục và quá trình vận hành cứ thế lập lại cho tới khi nút PB2 được ấn xuống. Lưu đồ chương trình START Băng chuyền hộp chạy Có hộp? Băng chuyền hộp dừng Băng chuyền táo chạy Có hộp? Băng chuyền táo dừng Giản đồ thang 10001 END(01) CNT001 #0010 10000 C001 00000 10001 10000 00001 00003 C001 00002 10001 Mã nhớ Địa chỉ Lệnh Dữ liệu 00000 LD 00000 00001 OR 10001 00002 OR CNT 001 00003 AND NOT 10000 00004 AND NOT 00001 00005 OUT 10001 00006 LD 00003 00007 AND NOT CNT 001 00008 OUT 10000 00009 LD 00002 00010 LD 10001 00011 CNT 001 #0010 00012 FUN(01) Phần 3 : thiết kế mô hình cửa tự động sử dụng kỹ thuật plc để điều khiển lời nói đầu Trong xã hội văn minh hiện đại cửa tự động ,nhỏ trong lưu thông, những tiện ích vượt trội của ôtô so với các loại phương tiện giao thông khác là không thể phủ nhận(trở được nhiều người hơn,nhanh hơn, đỡ bụi và đỡ ồn hơn, khi đi xa đỡ cảm thấy mệt hơn...). Trên thế giới thì ôtô đã là phương tiện giao thông chính từ lâu.Với tốc độ phát triển như hiện nay của nước ta, chẳng lâu nữa ôtô sẽ là phương tiện giao thông chính ở nước ta, khi đó mọi nhà đều có ôtô và như thế chúng ta cần phải có nhiều chỗ để xe hơn. Đó cũng chính là lí do em đã lựa chọn đồ án " Thiết kế mô hình đóng mở cho cửa tự động” Vì việc thiết kế gara với cửa tự động cho ôtô là điều hết sức cần thiết phục vụ tốt hơn cho cuộc sống con người. Do cửa tự động có thể đóng mở một cách tự động nên tiết kiệm thời gian và tránh được cảm giác ngại và phiền toái với người sử dụng. Xã hội đang thay đổi từng ngày từng giờ, với cuộc sống hiện đại ngày nay thì tiết kiệm được 1 chút thời gian và bớt đi phiền toái là điều rất cần thiết. Chương I : Chế tạo giới thiệu mô hình Các yêu cầu của mô hình Kích thước tuỳ ý Gọn gàng Hệ thống cơ hoạt động tốt Hệ thống điện tốt, hoạt động đúng theo thiết kế Hệ thống cửa đáp ứng mọi yêu cầu đặt ra. Cụ thể ta có nhưng yêu cầu như sau: 1- yêu cầu về chương trình chung - Dùng loại cửa kéo có các thanh trượt dọc trượt ngang cho phép cửa đi lên sát trần nhà, tận dụng không gian là trần nhà. - cửa phải tự động mở khi có xe muốn vào, và phải tự động đóng xuống khi xe đã vào hết - Cửa thiết kế để có thể đóng mở 1 cách thông minh, khi cửa đang đóng xuống thì xe mới vào thì cửa vẫn mở lên cho phép xe vào. - Dùng kỹ thuật PLC để chương trình hoạt động cho cửa. 2- yêu cầu về cơ khí Yêu cầu của mô hình là phải càng giống với cửa thật cả về hình thức và chất lượng hoạt động càng tốt, phải chắc chắn và gọn gàng Do đó, việc thiết kế kết cấu cơ khí cho mô hình cũng phải đảm bảo những yêu cầu kỹ thuật như đối với cửa thật: Khung cửa, cánh cửa, rãnh trượt,xích, bánh răng,trục quay... Ngoài ra, còn có các kết cấu phụ để tạo ra mô hình cửa tự động thật hoàn chỉnh như cửa thật. Động cơ ở đây là loại động cơ 1 chiều được cấp nguồn bởi bộ chỉnh lưu cầu 1 chiều,kết hơp với bộ đảo chiều cho phép động cơ có thể quay thuận hoặc quay ngược. II- Mục đích của việc chế tạo mô hình - Tạo ra một mô hình cửa đóng mở tự động có thể hoạt động tốt, từ đó có thể thiết kế được cửa tự động cho gara ô tô thật. - Việc chế tạo ra mô hình hoạt động tốt sẽ tạo điêu kiện cho sinh viên có cơ hội học tập và nghiên cứu môn học một cách thực tế, là một cơ hội rất tốt giúp sinh viên khỏi bỡ ngỡ khi làm việc thực tế. - Nghiên cứu, chế tạo ra mô hình cửa tự động này sinh viên cũng phải tham khảo thực tế nhiều lĩnh vực và tham khảo bằng nhiều tài liệu khác nhau. Điều đó mang lại sự hiểu biết sâu sắc hơn cho sinh viên không chỉ trong một lĩnh vực tự đông hoá mà còn nhiều lĩnh vực,ngành nghề khác như điện,điện tử, cơ khí... Chương II : cấu tạo và hoạt động của mô hình I - Tính toán chi tiết mô hình TT Thiết bị & vật liệu Đơn vị tính Số lượng A Khung 1 Nhôm 2.52 cm2 3.6 m 2 Nhôm 2.5x5 cm2 1m 3 Nhôm 1x1 cm2 2m 4 Gỗ sàn 25x30x2 cm2 1m2 5 Cánh cửa 13x20x1 cm2 1 tấm 6 Trục quay 40 cm 7 Bánh răng p3 Chiếc 4 8 Bánh răng p5 Chiếc 3 9 Xích m 1m 10 Động cơ một chiều 30V Chiếc 1 B Thiết bị điện 1 Sensor DSE30E4 Chiếc 2 2 Đèn halogen Chiếc 3 3 Công tắc hành trình Chiếc 2 4 Công tắc điện Chiếc 2 5 Công tắc tự hồi Chiếc 2 6 Rơle đảo chiều Chiếc 1 7 Nguồn 30VDC 1 8 Nguồn 9VDC 1 9 Cổng nối PLC Chiếc 2 Mô hình nhìn từ trên Mặt cắt ngang của mô hình Mô hình nhìn từ phía trước Mặt cắt đứng của mô hình Mô hình nhìn ngang Mặt cắt dọc của mô hình Công tắc điều khiển bằng tay (màu xanh và đỏ) Các đầu vào và ra được thiết kế một cách gọn gàng Với hai cổng IN và OUT Bên trong Gara có đèn chiếu sáng giúp nhìn tốt hơn Bên ngoài cũng như bên trong đều có SENSOR cảm biến Các đèn Halogen cho biết trang thái hoạt động của cửa Xanh : cửa đi lên Đỏ : cửa đứng yên Vàng : cửa đi xuống II- lập chương trình hoạt động cho mô hình 1- sơ đồ khối END Đèn đỏ TIM 003 #0600 Đèn đỏ Kiểm Tra Xensơ 1 hoặc 2 8 12 Động cơ hạ dừng Hạn dưới ? Kiểm tra xensơ 1 hoặc 2 Hạ cửa Kiểm tra xensơ 1 hoặc 2 Động cơ nâng dừng Hạn trên ? Nâng cửa Kiểm tra xensơ 1 hoặc 2 START Đèn vàng + còi báo TIM 001 #0020 TIM001 #0020 TIM002 #0020 Đèn xanh + còi báo 2- Giản đồ thang TIM001 #0020 10000 TIM002 #0020 10001 TIM003 #0600 10004 10005 10006 10002 CNT001 #0002 END 00000 00001 00003 10001 00002 TIM001 00001 00002 00004 10000 TIM002 00004 10000 10001 00003 00004 TIM003 10000 10001 00001 00005 00001 00002 00004 10003 10003 00001 00002 10003 00006 CNT001 00005 CP R  3- mã nhớ Địa chỉ Lệnh Dữ liệu 00000 LD 00001 00001 OR 00002 00002 AND NOT 00003 00003 AND NOT 10001 00004 TIM 001 #0020 00005 LD TIM 001 00006 OUT 10000 00007 LD NOT 00001 00008 AND NOT 00002 00009 AND NOT 00004 00010 AND NOT 10000 00011 TIM 002 #0020 00012 LD TIM 002 00013 OUT 10001 00014 LD 00004 00015 TIM 003 #0600 00016 LD 10000 00017 OUT 10004 00018 LD 10001 00019 OUT 10005 00020 LD 00004 00021 AND NOT TIM 003 00022 LD 00003 00023 OR 00003 00024 OUT 10006 00025 LD 10000 00026 OR 10001 00027 OUT 10002 00028 00029 LD 00001 00030 OR 00005 00031 LD NOT 00001 00032 AND NOT 00002 00033 AND NOT 00004 00034 AND NOT 10003 00035 CNT 001 #0002 00036 LD NOT 00001 00037 AND 00002 00038 LD 10003 00039 AND NOT 00006 00040 AND NOT CNT001 00041 OR- LD -------- 00042 LD 00005 00043 OR 00005 00044 END(01) 4- đầu vào và ra Đầu vào 00000 Công tắc nguồn 00001 Xenxơ 1 00002 Xenxơ 2 00003 Hạn trên 00004 Hạn dưới 00005 Công tắc thường đóng 00006 Công tắc thường mở Đầu ra 10000 Nâng 10001 Hạ 10002 Còi 10003 Đèn chiếu sáng 10004 Đèn xanh 10005 Đèn vàng 10006 Đèn đỏ III- nguyên lý hoạt động của mô hình Khi ô tô bắt đầu đi vào gara, gặp sensor 1 => tiếp điểm 0001 sẽ đóng mạch cho bộ đếm T001 đếm sau 2 giây cửa sẽ tư động mở lên. Khi cửa mở lên thì đèn xanh 10004 sẽ bật và còi 10002 kêu lên đồng thời đèn đỏ cũng sẽ mất do công tắc hạn dưới 0004 đang ở trạng thái đóng sẽ nhả ra. Khi cửa mở hết sẽ chạm công tắc giới hạn trên 0003 => tiếp điểm 0003 mở ra sẽ cắt nguồn cấp cho động cơ nâng, cửa sẽ dừng lại và đèn xanh mất . Đồng thời 0003 mở sẽ cấp nguồn cho đèn đỏ 10006 sáng. Cửa vẫn đứng yên Lúc này khi ô tô đi vào trong gara làm ngắt sensor 2 => đèn chiếu sáng 10003 sẽ bật sáng,nhưng cửa vân đứng yên do vẫn chạm sensor 2. Khi ô tô đi vào hết ko chạm sensor 1 va 2,đồng thời công tắc hạn trên đang đóng => đóng mạch sau 2 giây cho phép động cơ hạ xuống. Đèn đỏ sẽ báo hiệu là cửa đang đi xuống còi 10002 sẽ kêu lên. Cửa sẽ hạ xuống cho tới khi chạm công tắc hạn dưới 0004 => ngừng cấp điện cho động cơ hạ vì thế cửa sẽ dừng lại. đèn đỏ lại bật lên. Khi ô tô muốn đi ra, lùi ra sẽ chạm vào sensor 2 đầu tiên => mạch đóng lại cho phép T0001 đếm 2 giây sau cửa sẽ nâng lên, khi lên hết cửa sẽ chạm vào công tắc hạn trên 0003 ngắt mạch làm cho cửa dừng lại. Khi ô tô đi ra ngoài ko còn chắn sensor 1 nữa thì lúc đấy mạch mới được đóng lại cho phép T0002 đếm sau 2 giây sau cửa sẽ hạ xuống. Cửa hạ hết xuống thì công tắc hạn dưới 0004 sẽ đóng lại => đèn đỏ sẽ báocửa đang đứng yên. Ngoài ra khi ô tô đi ra khỏi gara thì ô tô sẽ chạm vào xensơ 1 , bộ đếm sẽ đém được 2 lần va không bị reset . Do đó nguồn cấp cho đèn 10003 sẽ bị mất => đèn sẽ tắt khi ô tô ra khỏi gara. Kết thúc 1 quá trình hoạt động của gara. Đỏ Vàng Xanh Trong suốt quá trình đi lên, đi xuống hay cửa dừng lại đều có đèn báo hiệu Nếu không hoạt đông trong khoảng 30 giây đèn sẽ tự tắt IV-tính toán công suất động cơ chuyển động: các thông số kĩ thuật của cửa: -trọng lượng của cửa: 400 kg -Đường kính bánh răng dẫn động : 0,3 m -Tốc độ : 0,5 m/s -Gia tốc cực đại : 1 m/s -Độ dật khi khởi động : 0,3 m Tính toán công suất động cơ -Khối lượng cửa G : 400 kg -Tốc độ nâng hạ V: 0,5 m/s -Hiệu suất cơ cấu nâng: 0,8 -Hệ số ma sát giữa thanh dẫn hướng và cửa k : 1,2 + Công suất tĩnh của động cơ khi nâng tải la : P= = =2,94(kw) + Công suất tĩnh của động cơ khi hạ tải là : P= = =1,88 (kw) 2- Tính chọn động cơ : Tính mômen nâng và mômen hạ : - u: bội số hệ thống ròng rọc, chon = 1 - i : tỉ số truyền - R: bán kính bánh răng - Động cơ dự tính chọn có n= 720 v/ph =12 v/s i = = = 22,6 M = = = 32,5 (Nm) M = = = 19,5 (Nm) Mômen đẳng trị : M = = = 26,8 (Nm) W = = = 150.66 (rad/s) P = M W = 150,66 26,8 = 4037,6 (w) = 4,04 (kw) V-So sánh giữa mô hình và thực tế Việc thiết kế mô hình cửa đóng mở tự động để nhằm mục đích nghiên cứu một cách chính xác và cụ thể về cửa tự động.Do đó mô hình được thiết kế về cơ bản là giống với công nghệ cửa tự động thật cả về hình dáng , cấu tạo và nguyên lý hoạt động.Tuy nhiên giữa thực tế và mô hình vẫn tồn tại những khác biệt sau đây: Một là, do mô hình chỉ dùng cho mục đích tìm hiểu và thử nghiệm nên kích cỡ nhỏ hơn nhiều so với thực tế (tuy vẫn phải đảm bảo các nguyên tắc thiết kế). Hai là các thiết bị, linh kiện để làm mô hình khác xa với thực tế về cả kết cấu cơ khí lẫn thiết kế điện. Khối lượng cửa coi như bỏ qua, tất cả thiết bị điện đều dùng nguồn 1 chiều(đèn, xen xơ...). Riêng động cơ được cấp bởi nguồn 1 chiều 24v,chỉ có 1 cấp tốc độ. Ngoài ra chưa kể xích, bánh răng, trục quay,đèn,còi... với mô hình chi có yêu cầu là hoạt động được nhưng trong thực tế là rất khác với mô hình. Không chỉ hoạt động được mà còn phải hoạt động 1 cách an toàn và hiệu quả nhất, thiết kế phải mang tính kinh tế nhất. Chính vì vậy sự khác biệt thứ ba là trong thực tế tùy theo khối lượng của cửa và tốc độ nâng hạ của cửa mà ta có thể chọn động cơ có công suất và số cấp tốc độ cho phù hợp. Ngoài ra còn có điểm khác biệt nhỏ nữa là, xen xơ trong thực tế ta co thể dùng cảm biến siêu âm thay cho cảm biến quang,và có thể thêm 1 cảm biến nữa ở giữa cửa tránh tình trạng cửa bị kẹt. Kết luận Đồ án này của em thực hiện dựa trên cơ sở nghiên cứu tìm hiểu công nghệ của cửa tự động trong thực tế. Thông qua đề tài thiết kế ra mô hình cửa gara tự động đã thực sự giúp em hiểu biết rõ ràng hơn về những gì em đã được học trong suốt ba năm qua. Qua đây em cũng được dịp mở rộng tầm hiểu biết của mình về mảng kiến thức PLC mà em đã được học, một ứng dụng tối ưu của ngành tự động hoá. Đối với em, bản đồ án thực sự phù hợp với những kiến thức em đã tích luỹ đựoc khi học nghành Tự động hoá xí nghiệp công nghệp. Do trình độ cũng như khả năng nhận thức có hạn, cộng với việc thiếu thốn trong tài liệu tham khảo và thời gian ngiên cứu, tìm hiểu đề tài còn hạn chế nên dù đã rất cố gắng nhưng chắc rằng bản đồ án có nhiều điểm thiếu sót. Em mong các thấy cô châm trước và hy vọng nhân được sự chỉ bảo tận tình của các thầy cô để có thể hiểu hơn và tiếp cận gần hơn với các công nghệ mới. Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Huy Phương đã hướng dẫn và giúp em hoàn thành bản đồ án này. Đồng thời em cũng xin cảm ơn tất cả các thày cô đã dạy dỗ em trong suốt ba năm học vừa qua, nhờ các thày cô, em mới có được kiến thức như ngày hôm nay. Đó chính là những kiến thức cơ bản giúp em thực hiện tốt nhiệm vụ tốt nghiệp, và là nền tảng cho công việc sau này của em. Tài liệu tham khảo 1- CQM1 - sách của bộ môn 2- Trang bị điện -điện tử công nghiệp : nhà xuất bản giáo dục Tác giả : Vũ Quang Hồi 3- Truyền động điện- nhà xuất bản khoa học kỹ thuật Tác giả : Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liêm, Nguyễn Thị Hiền Hình ảnh lấy từ trang web : www.automaticdoors.com www.garagedoors