hệ thống điều khiển bằng khí nén
NỘI DUNG ĐỒ ÁN
Bao gồm tất cả file,.lưu đồ giải thuật... thuyết minh, bản vẽ nguyên lý, bản vẽ thiết kế, FILE lập trình, ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN tử Ứng dụng của Động cơ AC Servo
MỤC LỤC
NỘI DUNG Trang
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ CÁC VANKHÍ NÉN
1.1 Khả năng ứng dụng của khí nén............................................................................ 1
1.1.1 Trong lĩnh vực điều khiển................................................................................... 1
1.1.2 Trong hệ thống truyền động ............................................................................... 1
1.2 Những ưu điểm và nhược điểm của hệ thống truyền động
bằng khí nén.................................................................................................................... 1
1.2.1 Ưu điểm ................................................................................................................ 1
1.2.2 Nhược điểm .......................................................................................................... 1
1.3 Nguyên lý truyền động ........................................................................................... 2
1.4 Đơn vị đo và các đại lượng cơ bản........................................................................ 2
1.4.1 Áp suất .................................................................................................................. 2
1.4.2Lực........................................................................................................................... 2
1.4.3 Công suất .............................................................................................................. 2
1.5 Cơ cấu chấp hành .................................................................................................... 3
1.5.1 Xy lanh................................................................................................................... 3
1.5.1.1 Xy lanh tác dụng đơn........................................................................................ 3
1.5.1.2 Xy lanh màng .................................................................................................... 4
1.5.1.3 Xy lanh tác dụng kép........................................................................................ 4
1.6. van đảo chiều:......................................................................................................... 5
1.6.1. nguyên lí hoạt động:............................................................................................ 5
1,6.2. Ký hiệu van đảo chiều........................................................................................ 5:
1.6.3. tín hiệu tác động:................................................................................................. 6
1.6.4. van đảo chiều có vị trí “không” (không duy trì)............................................ 7
1.6.5. van đảo chiều không có vị trí “không” (có duy trì):...................................... 9
1.7.Van chắn................................................................................................................... 11
1.7.1. van một chiều:..................................................................................................... 11
1.7.2. van logic OR......................................................................................................... 12
1.7.3. van logic AND...................................................................................................... 12
1.7.4. Van xả khí nhanh:................................................................................................ 13
1.8.van tiết lưu:............................................................................................................... 13
1.8.1. van tiết lưu có tiết diện không thay đổi............................................................ 13
1.8.2. Van tiết lưu có tiết diện thay đổi:..................................................................... 13
1.8..3. Van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng tay:.................................................. 14
1.9.van áp suất:............................................................................................................... 14
1.9.1. Van an toàn.......................................................................................................... 14:
1.9.2. van tràn................................................................................................................. 14
1.9.3. van điều chỉnh áp suất........................................................................................ 14
1.9.4. role áp suất:......................................................................................................... 15
1.10. van điều chỉnh thời gian:..................................................................................... 16
1.10.1. Role thởi gian đóng chậm ............................................................................... 16
1.10.2. Role thời gian ngắt chậm.................................................................................. 16
CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁC LOẠI CẢM BIẾN
2.1.Giới thiệu về cảm biến quang điện....................................................................... 17
2.1.1. Cấu tạo:................................................................................................................. 17
2.1.2. Phân loại theo cách bố trí thu và phát.............................................................. 17
2.1.3. Công dụng............................................................................................................. 17
2.1.4.Lắp đặt và điều chỉnh........................................................................................... 19
2.2. Giới thiệu về cảm biến từ:...................................................................................... 20
2.2.1.Cảm biến hall........................................................................................................ 21
2.2.2.Cảm biến kích từ dọc (fluxgate sensor)............................................................ 22
2.2.3.Cảm biến từ trở MR (magnetresistive).............................................................. 23
CHƯƠNG III: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
3.1.Cấu tạo máy điện một chiều.................................................................................. 23
3.1.1. Phần cảm.............................................................................................................. 25
3.1.2. Phần ứng............................................................................................................... 25
3.2.. Đặc tính cơ động cơ điện 1 chiều kích thích song song hoặc độc lập........... 25
3.2.1 Điều chỉnh n bằng cách thay đổi f:................................................................... 27
3.2.2. Điều chỉnh n bằng cách thay đổi Rf:............................................................... 27
3.2.3. Điều chỉnh n bằng cách thay đổi U: ................................................................ 27
3.3. Đặc tính cơ động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp................................... 27
3.3.1. Điều chỉnh n bằng cách thay đổi từ thông f:................................................... 28
3.3.2. Điều chỉnh n bằng cách thêm Rđc vào mạch phần ứng .................................. 29
3.3.3. Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp: .......................................................... 29
3.4. Đặc tính cơ động cơ kích thích hỗn hợp: ........................................................... 29
3.5.Các đặc tính làm việc của động cơ điện một 1 chiều......................................... 29
CHƯƠNG IV: TỔNG QUAN VỀ PLC MASTER K 31
4.1. tổng quan ................................................................................................................ 31
4.2.tínbhiệu ngõ ra output............................................................................................. 38
4.3.thời gian đáp ứng của ngõ vào ra........................................................................... 39
CHƯƠNG V: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ AC SERVO
5.1. Tổng quan về động cơ servo: ............................................................................... 41
5.2.1.khái niệm:.............................................................................................................. 41
5.2.2.công dụng:............................................................................................................. 41
5.2.3.cấu tạo:................................................................................................................... 41
5.2.3.1.Giới thiệu về encoder: ..................................................................................... 44
5.2.Giới Thiệu về động cơ ac servo:............................................................................ 42
5.3..Thông số về động cơ acservo (SGMPH_01BBA 21):........................................ 44
5.4.GIỚI THIỆU VỀ DRIVER SGDH_01BE:.............................................................. 45
5.4.1.Giới thiệu về driver SGDH_01BE:.................................................................... 57
5.4.2.Các tín hiệu I/O của CN1:................................................................................... 48
5.4.3.Tín hiệu ngõ vào:...................................................................................................... 49
5.4.4.Tín hiệu ngỏ ra: 50
5.5.Sơ đồ kết nối encoder với driver(CN2):............................................................... 51
5.6.Tên và chức năng của phím điều hành và hoạt động số:................................... 51
5.6.1. Sử dụng hoạt động số: ........................................................................................ 53
5.6.2.Sử dụng phím điều hành:..................................................................................... 53
5.6.3.Tình trạng hiển thị:............................................................................................... 54
5.6.4.Mã và chế độ hiển thị:......................................................................................... 55
5.6.5.Danh sách các chức năng hữu ích (Fn):.................................................. 55
5.6.6.Mô hình hiển thị của động cơ(Fn011):.............................................................. 56
5.6.7.Chức năng lựa chọn tham số Pn ` ............................................................ 56
5.6.8.Bố trí tín hiệu đầu vào: ...................................................................................... 57
5.7.Các chế độ điều khiển động cơ servo: ................................................................ 59
5.7.1.Điều khiển vị trí: ................................................................................................ 59
5.7.2.chế độ điều khiển tốc độ:................................................................................... 63
5.7.3.chế độ điều khiển momen:................................................................................. 64
5.8.Sử dụng điều khiển với tốc độ Analog tham khảo:............................................ 64
CHƯƠNG IV: TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH GIA CÔNG SẢN PHẨM.
6.1. Nguyên lí hoạt động của mô hình:....................................................................... 66
6.2.Sơ đồ đi dây: ........................................................................................................... 66
6.3.Sơ đồ giải thuật........................................................................................................ 67
6.4.Thi công mô hình.................................................................................................... 67
KẾT LUẬN .......................................................................................... 70
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................... 71
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ CÁC VAN KHÍ NÉN
1.1 Khả năng ứng dụng của khí nén
1.1.1 Trong lĩnh vực điều khiển
Vào những thập niên 50 và 60 của thế kỷ 20, là thời gian phát triển mạnh mẽ của giai đoạn tự động hóa quá trình sản xuất, kỹ thuật điều khiển bằng khí nén được phát triển rộng rãi và đa dạng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng trong các lĩnh vực như: các thiết bị phun sơn, các loại đồ gá kẹp chi tiết… Ngoài ra hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng trong các dây chuyền rửa tự động, trong các thiết bị vận chuyển và kiểm tra của thiết bị lò hơi, thiết bị mạ điện, đóng gói, bao bì và trong công nghiệp hóa chất.
1.1.2 Trong hệ thống truyền động
Các dụng cụ, thiết bị máy va đập: các thiết bị, máy móc trong lĩnh vực khai thác đá, khai thác than, trong các công trình xây dựng (xây dựng hầm mỏ, đường hầm…).
Truyền động thẳng: Vận dụng truyền động bằng áp suất khí nén cho chuyển động thẳng trong các dụng cụ, đồ gá kẹp chặt chi tiết, trong các thiết bị đóng gói, trong các loại máy gia công gỗ, trong các thiết bị làm lạnh cũng như trong hệ thống phanh hãm của ô tô…
Truyền động quay: Truyền động xylanh, động cơ quay với công suất lớn bằng năng lượng khí nén.
Trong các hệ thống đo và kiểm tra: Được dùng trong các thiết bị đo và kiểm tra chất lượng sản phẩm.
1.2 Những ưu điểm và nhược điểm của hệ thống truyền động bằng khí nén
1.2.1 Ưu điểm
Có khả năng truyền năng lượng đi xa, bởi vì độ nhớt động học của khí nén nhỏ và tổn thất áp suất trên đường dẫn nhỏ.
Do có khả năng chịu nén (đàn hồi) lớn của không khí, nên có thể tích chứa khí nén rất thuận lợi. Vì vậy có khả năng ứng dụng để thành lập một trạm tích chứa khí nén.
Không khí dùng để nén, hầu như có số lượng không giới hạn và có thể thải ra ngược trở lại bầu khí quyển.
Hệ thống khí nén sạch sẽ, dù cho có sự rò rỉ không khí nén ở hệ thống ống dẫn, do đó không tồn tại mối đe dọa bị nhiễm bẩn.
Chi phí nhỏ để thiết lập một hệ thống truyền động bằng khí nén, bởi vì phần lớn trong các xí nghiệp, nhà máy đã có sẵn đường dẫn khí nén.
Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn được bảo đảm, nên tính nguy hiểm của quá trình sử dụng hệ thống truyền động bằng khí nén thấp.
Các thành phần vận hành trong hệ thống (cơ cấu dẫn động, van,...) có cấu tạo đơn giản và giá thành không đắt.
Các van khí nén phù hợp một cách lý tưởng đối với các chức năng vận hành logic, và do đó được sử dụng để điều khiển trình tự phức tạp.
1.2.2 Nhược điểm
Lực để truyền tải trọng đến cơ cấu chấp hành thấp.
Khi tải trọng trong hệ thống thay đổi, thì vận tốc truyền cũng thay đổi theo, bởi vì khả năng đàn hồi của khí nén lớn. (Không thể thực hiện được những chuyển động thẳng đều hay quay đều).
Dòng khí thoát ra ở đường dẫn gây nên tiếng ồn.
1.3 Nguyên lý truyền động
Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý của mạch điều khiển và các phần tử
1.4 Đơn vị đo và các đại lượng cơ bản
1.4.1 Áp suất
Đơn vị đo cơ bản của áp suất theo hệ đo lường SI là pascal.
Một pascal là áp suất phân bố đều lên bề mặt có có diện tích 1m2 với lực tác dụng vuông góc lên bề mặt đó là 1N.
1 Pa = 1 N/m2
1 Pa = 1 Kgm/s2/m2 = 1 Kg/ms2
1 Pa = 10-6 Mpa
Ngoài ra còn dùng đơn vị bar.
1 bar = 105 Pa
1.4.2 Lực
Đơn vị của lực là Newton (N).
Một Newton là lực tác dụng lên đối trọng có khối lượng 1 Kg với gia tốc 1 m/s2.
1N = 1 Kg.m/s2
1.4.3 Công suất
Đơn vị của công suất là watt.
Một watt là công suất trong thời gian 1 giây sinh ra năng lượng 1 Joule.
1 W = 1 Nm/s
1.5 Cơ cấu chấp hành
Cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ biến đổi năng lượng khí nén thành năng lượng cơ học.
Cơ cấu chấp hành có thể thực hiện chuyển động thẳng (xilanh) hoặc chuyển động quay (động cơ khí nén).
Ở trạng thái làm việc ổn định, thì khả năng truyền năng lượng có phương pháp tính toán giống thủy lực.
Ví dụ:
Công suất:
N = p.Q (khí nén)
Vận tốc:
(Cơ cấu chấp hành)
Cụ thể:
1.5.1 Xy lanh
+ Xy lanh tác dụng đơn (tác dụng một chiều).
+ Xy lanh tác dụng kép (tác dụng hai chiều).
+ Xy lanh tác dụng hai chiều có cơ cấu giảm chấn không điều chỉnh được.
+ Xy lanh tác dụng hai chiều có cơ cấu giảm chấn điều chỉnh được.
+ Xy lanh quay bằng thanh răng.
1.5.1.1 Xy lanh tác dụng đơn
Áp lực tác dụng vào xilanh đơn chỉ ở một phía, phía ngược lại là do lò xo tác động hoặc là ngoại lực tác động.
Ký hiệu
Hình 1.2: Xilanh tác dụng đơn
1.5.1.2 Xy lanh màng
Xy lanh màng hoạt động như xilanh tác dụng đơn.
Xy lanh màng có hành trình dịch chuyển lớn nhất (hmã=80) nên được dùng trong điều khiển, ví dụ trong công nghiệp ôtô (điều khiển thắng, li hợp…), trong công nghiệp hóa chất (đóng mở van).
Chú ý: xy lanh màng chỉ được sử dụng trong điều khiển khí nén
Hình 1.3: Xy lanh màng
1.5.1.3 Xy lanh tác dụng kép
Áp lực tác động vào xy lanh kép theo hai phía
Hình 1.4:Xy lanh tác dụng kép
Hình 1.5: Xy lanh khí nén có trục hướng dẫn
1.6. van đảo chiều:
Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dòng năng lượng khí nén bằng cách đóng mờ hay chuyển đổi vị trí để thay đổi hướng đi của dòng năng lượng.
1.6.1. nguyên lí hoạt động:
Nguyên lý hoạt động của van đảo chiều(hình 1.6) khi chưa có tín hiệu tác động vào cửa (12) thì cửa (1) bị chặn,cửa (2) nối cửa (3).khi tín hiệu tác động vào cửa (12) nồng van sẽ dịch chuyển về phía bbên phải,cửa (1) nối cửa (2) và cửa (3) bị chặn.trường hợp tín hiệu
Tác động cửa (12) mất đi, dưới tác động của lực lò xo, nồng van trở về vị trí ban đầu
Hình 1.6: Nguyên lý hoạt động của van đảo chiều
1,6.2. Ký hiệu van đảo chiều:
Sự chuyển đổi của nồng van được biểu diễn bằng các ô vuông liền nhau
với các chữ cái o,a,b,c…Vị trí “không” được kí hiệu là vị trí mà khi van chưa có tác động của tín hiệu ngoài vào. Đối với van có 3 vị trí,thì vị trí o ở giữa, kí hiệu “o” là vị trí “không”. Đối với van có hai vị trí, thì vị trí “không” có thể là vị trí “a” hoặc “b”, thông thường thì vị trí bên phải “b” là vị trí “không”.
Bên trong ô vuông của mỗi vị trí là các đường thẳng có hình mũi tên, biễu diễn Chuyển động của dòng khí nén qua van. Trường hợp dòng bị chặn được biễu diễn
Bằng dấu gạch ngang.
kí hiệu và tên gọi của van đảo chiều
van dảo chiều 3/2 van dảo chiều 5/2
1.6.3. tín hiệu tác động:
Nếu ký hiệu lò xo nằm ngay phía bên phải của ký hiệu van đảo chiều, thì van đảo chiều đó có vị trí không, vị trí đó là ô vuông phía bên phải của kí hiệu van đảo chiều và được ký hiệu “o”. điều đó có nghĩa là khi nào chưa có tác động vào nòng van, thì lò xo tác động giữ vị trí đó. Tác động phía đối diện của van, ví dụ: tín hiệu tác động bằng cơ, bằng khí nén hay bẳng điện giữ ô vuông phía bên trái của van và được ký hiệu “1”. Trong hình 3.4 là sơ đồ biểu diễn các loại tín hiệu tác động lên nòng van đảo chiều.
Hình 1.7: tín hiệu tác động
1.6.4. van đảo chiều có vị trí “không” (không duy trì)
-van đảo chiều có vị trí “không” là loại van nếu không có tín hiệu tác động thì van
Chỉ dừng ở một vị trí duy nhất (đối với van có hai vị trí thì thường vị trí b; loại van
Có 3 vị trí thì vị trí “không” nằm ô vuông ở giữa).
-van đảo chiều 2/2, tác động cơ học-đầu dò
Hình 1.8. van đảo chiều 2/2.
-van đảo chiều 3/2, tác động cơ học-đầu dò
Hình 1.9: van đảo chiều 3/2.
- van đảo chiều 3/2 tác động bằng tay – nút nhấn
Hình 1.10. van đảo chiều 3/2.
- van đảo chiều 4/2 tác động bằng bàn đạp
Hình 1.11: van đảo chiều 4/2.
- van đảo chiều 5/2 tác động bằng cơ- đầu dò
van đảo chiều 5/2 tác động bằng khí nén
- van đảo chiều 3/2 tác động bằng nam châm điện qua van phụ trợ:
Tại vị trí “không” cửa p bị chặn, cửa a nối với cửa R. khi dòng điện vào cuộn dây,
Pittong bị kéo lên, khí nén sẽ theo hướng p1 _12 tác động lên pittong phụ , pittong
phụ bị đẩy xuống, van sẽ chuyển sang vị trí 1, lúc này cửa p nối với cửa A,cửa R chặn.
khi dòng điện mất đi, pittong trụ bị lò xo kéo xuống và khí nén ở phần trên pittong phụ sẽ theo cửa Z thoát ra ngoài.
- công tác hành trình (cử chận):
Chiều tác động lên đầu dò là cùng hướng với khoảng chạy của đầu dò. Chiều tác
Động lên công tác hành trình bằng con lăn tác động hai chiều.
Đối với công tắc hành trình (cử chận) bằng con lăn tác động một chiều khi chiều
Tác động từ trái qua phải, con lăn xoay, không có tín hiệu tác động lên công tác hành
Trình.
Hình 1.16: công tắc hành trình
1.6.5. van đảo chiều không có vị trí “không” (có duy trì):
Van đảo chiều không có vị trí “không” là loại van sau khi tín hiệu tác động lần cuối lên nồng van không còn nữa, thì van sẽ giữ nguyên vị trí lần đó, khi nào chưa có tác động lên phía đối diện nồng van. Vị trí tác động được ký hiệu a,b,c…
Tác động lên nồng van có thể là:
-tác động bằng tay,bàn đạp.
-tác động bằng dòng khí nén điều khiển đi vào hay đi ra từ hai phía nòng van.
-tác động trực tiếp bằng điện từ hay gián tiếp bằng dòng khí nén đi qua van phụ trợ.
Loại van đảo chiều chụi tác động bằng dỏng khí nén điều khiển đi vào hay đi ra
Từ hai phía nòng van hay tác động trực tiếp bằng điện từ hay gián tiếp bằng dòng khí nén đi qua van phụ trợ được gọi là van đảo chiều xung bởi vì vị trí của van được thay đổi khí có tín hiệu xung tác động lên nồng van.
Khi dich chuyển ống lót sang vị trí a, thì cửa p nối cửa A và cửa R bị chặn.dịch chuyển ống lót sang vị trí b, thì cửa A nối cửa R và cửa p bị chặn
-van đảo chiều xung 5/2 tác động bằng dòng khí nén điều khiển đi ra từ hai phía nòng van:
Nguyên tắc hoạt động cũng tương tự giống như van đảo chiều xung 4/2 tác động
bẳng dòng khí nén điều khiển đi ra từ hai phía nồng van
- van đảo chiều xung 3/2 tác động bằng nam châm điện qua van phụ trợ:
1.7.Van chắn:
Van chắn là loại van chỉ cho lưu lượng khí nén đi qua một chiều, chiều ngược lại bị chặn. áp suất dòng chảy tác động lên bộ phận chặn của van và như vậy van được đóng lại. van chắn gồm các loại sau:
-van một chiều.
-van logic OR.
-van logic AND.
-Van xả khí nhanh.
1.7.1. van một chiều:
Van một chiều có tác dụng chỉ cho lưu lượng khí nén đi qua một chiều, chiều ngược lại bị chặn.
Nguyên lý hoạt động và kí hiệu van một chiều,dòng khí nén đi từ A qua B, chiều
từ B qua A bị chặn
1.7.2. van logic OR:
Nguyên lý hoạt động và kí hiệu van logic OR như sau: khi có dòng khí nén qua cửa p1 sẽ đẩy pittong trụ của van sang vị trí bên phải chắn cửa p2 , như vậy cửa p1 nối với cửa A. Khi có dòng khí nén qua cửa p2 sẽ đẩy pittong trụ của van sang vị trí bên trái chắn cửa p1 ,như vậy cửa p2 nối với cửa A.Như vậy, van logic OR có chức năng là nhận tín hiệu điều khiển ở những vị trí khác nhau trong hệ thống điều khiển
1.7.3. van logic AND:
Khi có dòng khí nén qua cửa p1 sẽ đẩy pittong trụ của van sang vị trí bên phải như
Vậy cửa p1 bị chặn. khi có dòng khí nén qua cửa p2 sẽ đẩy pittong trụ của van sang
Vị trí bên trái, cửa p2 bị chặn. Nếu dòng khí nén đồng thời đi qua cửa p1 và p2, cửa
A sẽ nhận được tín hiệu, tức là khí nén sẽ đi qua cửa A. Như vậy van logic AND
Có chức năng là nhận tín hiệu điều khiển cùng một lúc ở những vị trí khác nhau
Trong hệ thống điều khiển.
1.7.4. Van xả khí nhanh:
Khi dòng khí nén đi qua cửa p2 sẽ đẩy pittong trụ sang phải chắn cửa R, như vậy
Cửa P nối với cửa A. trường hợp ngược lại, khi dòng khí nén đi từ A sẽ đẩy pittong trụ sang trái chắn cửa pva2 như vậy cửa A nối với cửa R.Van xả khí nhanh thường lắp ở vị trí gần cơ cấu chấp hành, ví dụ pittong có nhiệm vụ xả khí nhanh ra ngoài.
1.8. van tiết lưu:
Van tiết lưu có nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng dòng chảy tức là điều chỉnh vận tốc
Hoặc thời gian chạy của cơ cấu chấp hành. Ngoài ra van tiết lưu cũng có nhiệm vụ
Điếu chỉnh thời gian chuyển đổi vị trí của van đảo chiều. Nguyên lý làm việc của van tiết lưu là lưu lượng dòng chảy qua van phụ thuộc vào sự thay đổi tiết diện
1.8.1. van tiết lưu có tiết diện không thay đổi:
Lưu lượng dòng chảy qua khe hở của van có tiết diện không thay đổi được.
kí hiệu van tiết lưu có tiết diện không thay đổi.
1.8.2. Van tiết lưu có tiết diện thay đổi:
Van tiết lưu có tiết diện thay đổi điều chỉnh được lưu lượng dòng chảy qua van.Hình 1.27 là nguyên lý hoạt động và kí hiệu của van tiết lưu có tiết diện thay đồi, Tiết lưu được cả hai chiều dòng khí nén đi từ A sang B và ngược lại. tiết diện được thay đổi bằng vít điều chỉnh.
Hình 1.27: Van tiết lưu có tiết diện thay đổi được.
1.8..3. Van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng tay:
Nguyên lí hoạt động của van như sau: tiết diện chảy AX thay đổi bằng cách điều chỉnh vít điều chỉnh. Khi dòng khí nén đi từ A sang B, lò xo đẩy màng chắn xuống và dòng khí nén chỉ đi qua tiết diện AX. Khi dòng khí nén đi từ B qua A, áp suất khí nén thắng lực lò xo, đẩy màng chắn lên và như vậy dòng khí nén sẽ đi qua khoảng hở giữa màng chắn và mặt tựa màng chắn, lưu lượng không được điều chỉnh.
1.9. van áp suất:
1.9.1. Van an toàn:
Van an toàn có nhiệm vụ giữ áp suất lớn nhất mà hệ thống có thể tải. khi áp
suất lớn hơn áp suất cho phép của hệ thống thì dòng áp suất khí nén sẽ thắng
lực lò xo và khí nén sẽ theo cửa R thoát ra ngoài môi trường.
Lên màng , vị trí van thay đổi, khí nén qua lổ xả khí ra ngoài. Đến khi áp suất ở đường ra giảm xuống bằng áp suất được điều chỉnh, khi van trở về vị trí ban đầu.
1.9.4. role áp suất:
Role áp suất có nhiệm vụ đóng mở công tắc điện, khi áp suất trong hệ thống vượt quá mức yêu cầu. trong hệ thống điều khiển điện-khí nén, role áp suất có thể coi như là phấn tử chuyển đổi tín hiệu khí nén-điện. công tắc điện đóng, mơ tương ứng với những giá trị áp suất khác nhauco1 thể điều chỉnh bằng vít.
Hình 1.32.Role áp suất
1.10. van điều chỉnh thời gian:
1.10.1. Role thởi gian đóng chậm :
Role thời gian đóng châm gồm cụm các phần tử: van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng tay, bình trích chứa, van đảo chiều 3/2 ở vị trí “không” cửa p bị chặn.
Khí nén qua van tiết lưu t1 đ một chiếu, cần thời gian t1 đđể làm đầy bình chứa,sau
Đó Tác động lên nồng van đảo chiều, van đảo chiều chuyển đổi vị trí, cửa p nối với cửa A.
1.10.2. Role thời gian ngắt chậm:
Role thời gian đóng chậm, về nguyên lý, cấu tạo cũng tương tự như role thời gian đóng chậm, nhưng van một chiều có chiều ngược lại.
CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁC LOẠI CẢM BIẾN
2.1.Giới thiệu về cảm biến quang điện:
Cảm biến quang điện(CBQĐ) là cảm biến nhận thông tin từ ánh sáng nhìn thấy hoặc tia hồng ngoại, tia tử ngoại chuyển thành tín hiệu điện.
CBQĐ là các linh kiện quang điện thay đổi trạng thái điện khi có ánh sáng thích hợp tác động vào bề mặt của nó.
CBQĐ là loại cảm biến không tiếp xúc dùng để xác định sự hiện diệncủa vật ở khoảng cách xa, tối đa là 10m
2.1.1. Cấu tạo:
CBQĐ gồm bộ phát và bộ thu ánh sáng.
- Nguồn sáng sử dụng(bộ phát):
Là diode phát quang, diode lazer, dùng loại ánh sáng hồng ngoại hoặc màu đỏ, xanh
Cảm biến quang(bộ thu): Là photodiode hoặc là phototransistor.
2.1.2. Phân loại theo cách bố trí thu và phát:
Hình 2.1: phân loại và bố trí thu và phát
2.1.3. Công dụng: có 2 công dụng nổi bật: Điều khiển rơle và Thu tín hiệu quang .
Điều khiển rơle`:Khi có thông lượng ánh sáng chiếu lên tế bào quang dẫn, điện trở R của nó giảm xuống đáng kể đủ để cho dòng điện I chạy qua tế bào.
Dòng điện này được sử dụng trực tiếp hoặc thông qua khuếch đại để đóng mở rờle.
Thu tín hiệu quang : Tế bào quang dẫn biến xung quang thành xung điện.
Sự ngắt quãng của xung ánh sáng chiếu lên tế bào quang dẫn sẽ được phản ánh trung thực qua xung điện của mạch đo.
Do đó, thông tin mà xung ánh sáng mang sẽ được thể hiện trên xung điện.
Hình 2.2: sơ đồ kết nối cảm biến quang điện
Biểu đồ thời gian và chế độ hoạt động
`Hình 2.3: biểu đồ thời gian và chế độ hoạt động của cảm biến quang điện
Sơ đồ điều khiển ngõ ra
Hình 2.4: Sơ đồ điều khiển ngõ ra cảm biến quang
2.1.4.Lắp đặt và điều chỉnh:
-.Cấp nguồn cho cảm biến sau khi lắp đặt nó:
hình 2.5: Lắp đặt và điều chỉnh cảm biến quang
- Đặt đối tượng vào vị trí phát hiện
Điều chỉnh cảm biến đúng góc với trục quang học, Cố định nó tại vị trí hoạt động,
Khoảng cách giữa cảm biến với đối tượng 10-30mm.
-Điều chỉnh thời gian đáp ứng lên:
Giữ đúng khoảng cách Min giữa cảm biến quang và đối tượng.
Khoảng cách phát hiện có thể được thay đổi bởi kích thước và năng suất phản xạ của đối tượng.
2.1.5.ứng dụng :
hình 2.6: các sơ đồ ứng dụng của cảm biến quang điện.
Nhờ những ứng dụng trên của cảm biến quang nên nhóm đã sử dụng cảm biến quang để phát hiện phôi rơi xuống mâm xoay từ cơ cấu cấp phôi đưa qua.
2.2. Giới thiệu về cảm biến từ:
Có nhiều kỹ thuật khác nhau được sử dụng để đo các đại lượng từ . Sau đây nhóm thực hiện xin tóm tắt những loại cảm biến từ thông dụng:
Hình 2.7: cảm biến từ
Hình 2.7: cảm biến từ
2.2.1.Cảm biến hall:
Hiệu ứng Hall là một hiệu ứng vật lý được thực hiện khi áp dụng một từ trường vuông góc lên một bản làm bằng kim loại hay chất bán dẫn hay chất dẫn điện nói chung(thanh Hall) đang có dòng điện chạy qua. Lúc đó người ta nhận được hiệu điện thế (hiệu thế Hall) sinh ra tại hai mặt đối diện của thanh Hall. Tỷ số giữa hiệu thế Hall và dòng điện chạy qua thanh Hall gọi là điện trở Hall, đặc trưng cho vật liệu làm nên thanh Hall. Hiệu ứng này được khám phá bởi Edwin Herbert Hall vào năm 1879 Cơ chế hiệu ứng Hall trên một thanh Hall kim loại. 1: electron. 2: thanh Hall. 3: nam châm. 4: từ trường. 5: nguồn điện. Màu đỏ trên thanh Hall thể hiện sự tập trung của điện tích dương, còn màu xanh, ngược lại, là nơi tập trung điện tích âm. Hiệu ứng Hall được giải thích dựa vào bản chất của dòng điện chạy trong vật dẫn điện. Dòng điện này chính là sự chuyển động của các điện tích (ví dụ như electron trong kim loại). Khi chạy qua từ trường, các điện tích chịu lực Lorentz bị đẩy về một trong hai phía của thanh Hall, tùy theođiện tích chuyển động đó âm
hay dương. Sự tập trung các điện tích
hình 2.8: cảm biến hall
về một phía tạo nên sự tích điện trái
dầu ở 2 mặt của thanh Hall, gây ra hiệu điện thế Hall. Công thức liên hệ giữa hiệu thế Hall, dòng điện và từ trường là: VH = (IB)/(den) với VH là hiệu thế Hall, I là cường độ dòng điện, B là cường độ từ trường, d là độ dày của thanh Hall, e là điện tích của hạt mang điện chuyển động trong thanh Hall, và n mật độ các hạt này trong thanh Hall.Công thức này cho thấy một tính chất quan trong trong hiệu ứng Hall là nó cho phép phân biệt điện tích âm hay dương chạy trong thanh Hall, dựa vào hiệu thế Hall âm hay dương. Hiệu ứng này lần đầu tiên chứng minh rằng, trong kim loại, electron chứ không phải là proton được chuyển động tự do để mang dòng điện. Điểm thú vị nữa là, hiệu ứng cũng cho thấy trong một số chất (đặc biệt là bán dẫn), dòng điện được mang đi bởi các lỗ trống điện tử (có điện tích tổng cộng là dương) chứ không phải là electron đơn thuần.Khi từ trường lớn và nhiệt độ hạ thấp, có thể quan sát thấy hiệu ứng Hall lượng tử, thể hiện sự lượng tử hóa điện trở của vật dẫn.Với các vật liệu sắt từ, điện trở Hall bị tăng lên một cách dị thường, được biết đến là hiệu ứng Hall dị thường, tỷ lệ với độ từ hóa của vật liệu.
2.2.2.Cảm biến kích từ dọc (fluxgate sensor):
Gồm một số cuộn dây quấn quanh 2 thanh sắt từ hoặc một lõi xuyến. Một cuộn được cung cấp bằng từ trường xoay chiều từ hóa thanh sắt từ theo các chiều ngược nhau. Cuộn cảm biến quấn quanh cả 2 thanh và lấy tín hiệu ra. Khi không có từ trường ngoài, tín hiêu ra bằng không. Khi có từ trường ngoài thành phần trường dọc theo thanh thay đổi vì vật liệu từ bị từ hóa ở mỗi nữa chu kỳ của nguồn kích thích. Kết quả là điện áp ra tỉ lệ với cường độ từ trường cần đo và biến thiên với tần số gấp đôi tần số kích thích. Cảm biến chỉ đo một thành phần vector từ cảm. Bằng cách kết hợp hai hoặc ba phần tử có thể đo được cả ba thành phần của vector từ cảm. Dải đo của cảm biến fluxgate từ 10-6 đến 102 gauss.
2.2.3.Cảm biến từ trở MR (magnetresistive):
Sử dụng hiệu ứng trong đó điện trở của lớp dẫn phụ thuộc vào độ lớn và phương của từ trường đặt vào. Sự quay của vector từ hóa gây ra sự thay đổi điện trở. Vật liệu thường sử dụng làm cảm biến từ trở là pecmaloi, hợp kim của thép và Niken. Các cảm biến từ trờ thường sử dụng công nghệ lớp mỏng dày cở 50 nm pecmaloi trên một đế cách điện, cho phép sử dụng công nghệ 1 mạch tích hợp với điện trở thay đổi vài phần trăm.
Trong đồ án náy nhóm thực hiện sử dụng cảm biến từ với 2 mục đích:
+ Dùng để nhận biết sản phẩm từ:
+Dùng để biết được vị trí của pittông
.................................................................
5.7.3.chế độ điều khiển momen:
Hình 5.16: sơ đồ điều khiển momen tốc độ Tham chiếu đầu vào
5.8.Sử dụng điều khiển với tốc độ Analog tham khảo:
+Thiết lập thông số:
Đầu vào tham chiếu tốc độ bằng cách sử dụng tín hiệu đầu vào tham chiếu tốc độ đầu vào. Do đây tín hiệu đã sử dụng khác nhau, thiết lập các đầu vào tham chiếu tối ưu cho hệ thống tạo ra.
|
Đầu vào V-REF CN 1-5 |
Tốc độ đầu vào tham khảo |
Điều khiển tốc độ |
|
Đầu vào SG CN 1-6 |
Tín hiệu nối đất cho tốc độ tham chiếu đầu vào. |
Điều khiển tốc độ |
.
Tốc độ động cơ được điều khiển tương ứng với điện áp đầu vào giữa V-REF và SG.
|
Tốc độ đầu vào tham khảo |
Chiều quay |
Tốc độ motor |
SGMAH servomotor |
|
+6V |
Quay thuận |
tốc độ động cơ |
3000rpm |
|
+1V |
Quay thuận |
(1 / 6) tốc độ động cơ |
500rpm |
|
-3V |
Quay ngược |
(1 / 2) tốc độ động cơ |
1500rpm |
Pn300 = 600: Thiết lập này có nghĩa là 6V tương đương với tốc độ động cơ cao.
Thông số Pn300 có thể được sử dụng để thay đổi phạm vi điện áp đầu vào.
Để điều khiển tốc độ và momen động cơ ta dùng một điện áp analog bên ngoai để thay đổi tốc độ và momen của động cơ. Nếu V >0 động cơ quay thuận ngược lại nếu V < 0
Thì động cơ quay nghịch.
CHƯƠNG IV: TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH GIA CÔNG SẢN PHẨM.
6.1. Nguyên lí hoạt động của mô hình:
Mô hình gia công được điều khiển hoàn toàn tự động bằng thiết bị điều khiển PLC kết hợp với khí nén và cảm biến.
Mô hình gia công sản phẩm hoạt động như sau: sau khi phôi được đưa qua mâm xoay từ cơ cấu cấp phôi thì cảm biến quang phát hiện có phôi, lúc này mâm xoay bắt đầu xoay một góc 900 (trên mâm xoay được chia thành bốn lỗ định vị để nhận phôi,các lỗ lệch nhau 900 , Mâm được điều khiển xoay bởi động cơ AC servo được đặt dưới mâm). Khi mâm xoay 900 thì đến vị trí khoan, đồng thời cảm biến từ được đặt dưới mâm tại vị trí cần khoan phát hiện có phôi, lúc này van điều khiển pittông phía trên của khoan đẩy động cơ khoan xuống khoan, xuống đến khi gặp cảm biến phía dưới khoan thì dừng. sau khi khoan xong thì van điều khiển pittông phía dưới khoan đẩy động cơ khoan đi lên, đến khi gặp cảm biến phía trên cùa khoan thì dừng lại.Tiếp đến, sau khi khoan xong thì mâm xoay đưa phôi đã khoan đến vị trí gấp, van điều khiển pittông hành trình phía trên cùa gấp đưa pittông hành trình xuống gấp, xuống đến khi gặp cảm biến phía dưới thì dừng, lúc này van điều khiển tay gấp bắt đầu gấp phôi, sau khi gấp được phôi thì van điều khiển pittông phía dưới cho pittông hành trình đi lên, đến khi gặp cảm biến phía trên thì dừng. sau đó van điều khiển pittông bên trái của tay gấp đẩy xilanh đang gấp phôi về phía bên phải, đến khi gặp cảm biến phải thì dừng, để chuyển phôi sang cơ cấu sáy.tiếp đến van điều khiển pittông bên phải gấp đẩy xilanh gấp về phía bên trái để tiếp tục nhận phôi chuyển sang cơ cấu sáy, đến khi gặp cảm biến trái thì dừng , tiếp tục một chu trình mới.
6.2.Sơ đồ đi dây:
Chú thích sơ đồ:
CB1(I00) : Cảm biến phía dưới khoan
CB2(I01) : cảm biến phía trên khoan
CB3(IO2) : cảm biến phía dưới gấp
CB4 (I03): cảm biến phía trên gấp
CB5(I10): cảm biến bên trái gấp
CB6 (I11): cảm biến bên phải gấp
CB7(I12) : cảm biến dưới mâm xác định phôi cấp vào
CB8(I13): cảm biến dưới mâm xác định phôi đến để khoan.
K1(Q00): van để điều khiển pittông phía dưới khoan
K2(Q01): van để điều khiển pittông phía trên khoan
K3(Q02): van để điều khiển pittông phía dưới gấp
K4 (Q03): van để điều khiển pittông phía trên gấp
K5(Q10) : van để điều khiển pittông bên trái gấp
K6(Q11): van để điều khiển pittông bên phải gấp
K7(Q12): van để điều khiển pittông gấp
K8 (Q13): động cơ khoan.
RL: các role
Hình 6.1. sơ đồ đi dây mô hình gia công sản phẩm
6.3.Sơ đồ giải thuật:
Hình 6.2: sơ đồ giải thuật
Chương trình ứng dụng dùng LSC LS(sẽ được bổ xung sau).
6.4.Thi công mô hình
Sau khi tham khảo tài liệu và tìm hiểu kĩ về mô hình , nhóm thực hiện đề tài đã tiến hành thi công mô hình.
Trình tự tiến hành:
- Chuẩn bị vật tư thiết bị.
- Tiến hành lắp ráp thi công mô hình.
KẾT LUẬN
Tuy thời gian làm mô hình không nhiều, nhưng được sự hướng dẫn tận tình của Thầy Phạm Văn cùng với sự cố gắng của nhóm thực hiện đề tài nên đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp theo đúng thời gian quy định.
Trong quá trình thực hiện, nhóm thực hiện đề tài đã tự tìm hiểu kiến thức về ac servo, về hệ thống khí nén, về các loại cảm biến,… và ứng dụng thực tế của chúng.
Do hạn hẹp về thời gian, về kinh phí, về kiến thức chuyên môn, nên nhóm thực hiện đề tài sẽ khó tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình thi công mô hình và trong quá trình hoàn tất tập luận văn này.
Thông qua tập luận văn này, nhóm nhận thấy Ứng dụng của Động cơ AC Servo được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp, trong các nhà máy tự động mà cụ thể là điều khiển vị trí, vận tốc các cơ cấu servo, robot, chuyển động chạy dao trong máy CNC.còn hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng trong các dây chuyền rửa tự động, trong các thiết bị vận chuyển và kiểm tra của thiết bị lò hơi, thiết bị mạ điện, đóng gói, bao bì và trong công nghiệp hóa chất.
Cuối cùng, nhóm thực hiện đề tài xin gởi lời cảm ơn, lời chúc sức khỏe đến tất cả các Thầy Cô của trường
TP.Hồ Chí Minh, Ngày 13 Tháng 5 Năm 2013
Nhóm thực hiện đề tài
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1]. Dương Minh Trí
Cảm Biến Và Ứng Dụng. NXB Khoa Học Và Kỷ Thuật, 2002
[2]. Hồ Đắc Thọ, nguyễn ngọc phương
Công Nghệ Khí Nén. NXB Khoa Học Và Kỷ Thuật, 09-2007
[3]. Các Nguồn Tư Liệu Trên Các Website
www. Ac servo.com
www.sgdh.com
www.dientuvietnam.net
[4] nguyễn văn sáu Tai liệu vê máy điện.
DANH MỤC CÁC BẢNG, SƠ ĐỒ, HÌNH TRANG
NỘI DUNG
Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý của mạch điều khiển và các phần tử .............................. 2
Hình 1.2: Xilanh tác dụng đơn ....................................................................................... 2
Hình 1.3: Xy lanh màng .................................................................................................. 4
Hình 1.4:Xy lanh tác dụng kép ...................................................................................... 4
Hình 1.5: Xy lanh khí nén có trục hướng dẫn ............................................................. 5
Hình 1.6: Nguyên lý hoạt động của van đảo chiều ..................................................... 6
Hình 1.7: tín hiệu tác động.............................................................................................. 6 Hình 1.8. van đảo chiều 2/2............................................................................................ 7 Hình 1.9: van đảo chiều 3/2........................................................................................... 7. Hình 1.10. van đảo chiều 3/2.......................................................................................... 7 Hình 1.11: van đảo chiều 4/2.......................................................................................... 8 Hình 1.12.Van đảo chiều 5/2 ........................................................................................ 8 Hình 1.13.Van đảo chiều 5/2 tác động bằng khí nén ................................................ 8 Hình 1.14.Van đảo chiều 5/2 tác động trực tiếp bằng nam cham điện.................... 8 Hình 1.15.Van đảo chiều 3/2 tác động trực tiếp bằng nam cham điện ............................. 9 Hình 1.16: công tắc hành trình........................................................................................................... 9 Hình 1.17.Van trượt đảo chiều 3/2................................................................................. 10 Hình 1.18. van xoay đảo chiều 4/3................................................................................ 10 Hình 1.19.Van trượt đảo chiều 5/2................................................................................. 11 Hình 1.20. van đảo chiều xung 3/2................................................................................ 11 Hình 1.21. van đảo chiều xung 4/2 ............................................................................... 11 Hình 1.22. van đảo chiều xung 5/2 ............................................................................... 11 Hình 1.23. van một chiều ............................................................................................... 12 Hình 1.24. van logic OR ................................................................................................. 12 Hình 1.25. van logic AND .............................................................................................. 12 Hình 1.26. van xả khí nhanh .......................................................................................... 13 Hình 1.27: Van tiết lưu có tiết diện thay đổi được...................................................... 14 Hình 1.28: Van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng tay.............................................. 14 Hình 1.29. van an toàn..................................................................................................... 14 Hình 1.30. kí hiệu van tràn.............................................................................................. 14 Hình 1.31. Nguyên tắc hoat động của van điều chỉnh áp suất và kí hiệu ............... 15 Hình 1.32.Role áp suất ............................................................................................................. 15 Hình 1.33. role thời gian đóng chậm.............................................................................. 16 Hình 1.34. role thời gian ngắt chậm .............................................................................. 16 Hình 2.1: phân loại và bố trí thu và phát ..................................................................... 17 Hình 2.2: sơ đồ kết nối cảm biến quang điện .............................................................. 18 Hình 2.4: Sơ đồ điều khiển ngõ ra cảm biến quang .................................................... 18 hình 2.5: Lắp đặt và điều chỉnh cảm biến quang ........................................................ 19 hình 2.6: các sơ đồ ứng dụng của cảm biến quang điện............................................. 20 Hình 2.7: cảm biến từ ...................................................................................................... 20 hình 2.8: cảm biến hall.................................................................................................... 21 Hình 2.9: ứng dụng của cảm biến từ ............................................................................. 22 Hình 3.1: mô hình động cơ DC....................................................................................... 23 Hình 3.2. Mặt cắt dọc và ngang của máy điện một chiều .......................................... 23 Hình 3.3. Cực từ chính..................................................................................................... 24 Hình3.4.. Lá thép phần ứng ............................................................................................ 25 Hình3.5. Rãnh lõi thép..................................................................................................... 25 Hình 3.6. Phiến góp và cổ góp ....................................................................................... 25 Hình 3.7. Đặc tính cơ động cơ........................................................................................ 25 Hình 3.8. Điều chỉnh n bằng cách thay đổi f .............................................................. 26 Hình 3.9. Điều chỉnh n bằng cách thay đổi Rf............................................................. 26 Hình 3.10. Điều chỉnh n bằng cách thay đổi U............................................................ 27 Hình 3.11. Các sơ đồ điều chỉnh tốc độ động cơ 1 chiều kích từ.............................. 27 Hình 3.12. Đặc tính cơ động cơ 1 chiều ................................................................................. 28 Hình 3.13. Đặc tính cơ động cơ kích thích hỗn hợp ................................................... 29 Hình 3.14. Các đặc tính làm việc của động cơ 1 chiều .............................................. 30 Hình 3.15. Hiệu suất......................................................................................................... 30 Hình 4.1.Cấu trúc chung của một hệ thống điều khiển dùng PLC............................. 35 Hình 4.2.Cấu trúc chung của hệ thống điều khiển dùng PLC ............................................. 35 Hình 4.3.Hệ thống điều khiển dùng PLC....................................................................... 36 Hình 5.1: Mô hình ac servo............................................................................................. 42 Hình 5.2: cấu tạo của động cơ servo.............................................................................. 42 Hình 5.3: cấu tạo của encoder........................................................................................ 43 Hình 5.4: dạng xung của encoder .................................................................................. 44 Hình 5.5.: Mô hình driver ac servo SGDH-01BE........................................................ 45 Hình 5.6.: sơ đồ kết nối động cơ servo.......................................................................... 46 Hình 5.7: sơ đồ kết nối encoder với driver (CN2). ..................................................... 50 Hình5.8 : sơ đồ ngõ ra xung encoder. ........................................................................... 50 Hình 5.9: sơ đồ hoạt động số của driever .................................................................... 52 Hình 5.10: sơ đồ sử dụng phím điều hành.................................................................... 52 Hình 5.11: sơ đồ điều khiển vị trí. ................................................................................ 58 Hình 5.12: các dạng xung tham chiếu ngõ vào của tham số Pn200. ........................ 60 Hình 5.13. sơ đồ khối điều khiển vị trí .................................................................................. 60 Hình 5.14. điều chỉnh tín hiệu xung đầu vào tham chiếu........................................... 61 Hình 5.15: sơ đồ điều khiển tốc độ................................................................................ 62. Hình 5.16: sơ đồ điều khiển momen tốc độ Tham chiếu đầu vào............................. 63 Hình 6.1. sơ đồ đi dây mô hình gia công sản phẩm ................................................... 67 Hình 6.2: sơ đồ giải thuật .............................................................................................. 68
