Đồ án Thiết kế hệ thống đóng mở cửa tự động

PHầN I Giới thiệu chung mở đầu Trong xã hội văn minh hiện đại, cửa là một bộ phận không thể thiếu được trong từng công trình kiến trúc. Tuy nhiên loại cửa bình thường (cửa không tự động) mà chúng ta hay dùng hiện nay lại có những nhược điểm gây phiền toái cho người sử dụng đó là: cửa thường chỉ đóng mở dược khi có tác động của con người vào nó. Vì vậy mà dùng cửa thường làm tốn thời gian và gây cảm giác ngại cho người sử dụng. Việc thiết kế ra một loại cửa tiện ích hơn, đa năng hơn, phục vụ tốt hơn cho đời sống con người trong thời điểm xã hội ngày càng hiện đại và phát triển hiện nay là tất yếu và vô cùng cần thiết. Vì vậy cần thiết kế ra một loại cửa tự động khắc phục tốt những nhược điểm của cửa thường. Mục đích của việc thiết kế cửa tự động là để tạo ra được một loại cửa vừa duy trì được những đặc tính cần có của cửa, vừa khắc phục những nhược điểm lớn của loại cửa bình thường . Do đó, khi sử dụng cửa tự động, người dùng hoàn toàn không phải tác dụng trực tiếp lên cánh cửa mà cửa vẫn tự động đóng mở theo ý muốn của mình. Với tính năng này, cửa tự động mang lại những thuận lợi lớn cho người sử dụng: Thứ nhất, cửa tự động rõ ràng sẽ đem lại cảm giác thoải mái cho người dùng, loại bỏ hoàn toàn cảm giác ngại, khó chịu như khi dùng cửa thường. Thứ hai, nếu người dùng cửa đang bê vác vật gì đó (bằng cả hai tay) thì cửa tự động không những chỉ tạo cảm giác thoải mái mà thực sự đã giúp người dùng, tạo thuận lợi cho người hoàn thành công việc mà không bị cản trở. Thứ ba, sử dụng cửa tự động sẽ giúp người dùng nó đỡ tốn thời gian để đóng mở cửa’ tức là tiết kiệm cho họ một khoảng tời gian dù là rất nhỏ nhưng cũng có thể rất cần thiết trong nhịp sống công nghiệp hiện đại ngày nay. Đặc biệt, ở những nơi công cộng, công sở, cửa tự động ngày càng phát huy ưu điểm. Đó là vì cửa tự động sẽ giúp cho lưu thông qua cửa nhanh chóng dễ dàng, cũng như sẽ giảm đi những va chạm khi nhiều người cùng sử dụng chung một cánh cửa. Thêm vào đó, hiện nay hệ thống máy lạnh dược sử dụng khá rộng rãi ở những nơi công sở, công cộng. Nếu ta dùng loại cửa bình thường thì phải đảm bảo cửa luôn đóng khi không co người qua lại để tránh thất thoát hơi lạnh ra ngoài gây lãng phí. Thế nhưng điều này trong thực tế lại rất khó thực hiện vì ý thức của mỗi người ở nơi công cộng là rất khác nhau. Do đó, cửa tự động, với tính chất là luôn đóng khi không có người qua lại đã đáp ứng được tốt yêu cầu này. Chính vì những ưu điểm nổi bật của cửa tự động mà chúng ta càng phải phát triển ứng dụng nó rộng rãi hơn, đồng thời nghiên cứu để cải tiến và nâng cao chất lượng hoạt đ động của cửa tự động để nó ngày càng hiện đại hơn, tiện ích hơn. Để nghiên cứu một cách chính xác và cụ thể về cửa tự động, cần thiết phải chế tạo ra mô hình cửa đóng mở tự động, mô tả hoạt đọng, hình dáng, cấu tạo của cửa tự động. Từ mô hình này t có thể quan sát và tìm hiểu hoạt động của cửa tự động, cũng như có thể lường trước những khói khăn có thể gặp phải khi chế tạo cửa tự động trên thực tế. Cũng từ mô hình có thể thấy được ưu nhược điểm của thiết kế mà từ đó khắc phục những hạn chế, phát huy thế mạnh thiết kế cánh cửa ưu việt hơn, hoàn thiện hơn cho con người. Chương I. Các loại cửa tự động hiện nay Hiện nay có nhiều loại cửa tự động : cửa kéo,cửa đẩy, cửa cuốn, cửa trượt.... Nhưng chúng thường được sản xuất ở nước ngoài bán tại việt nam với giá thành khá cao. Vì thế chúng không được sử dụng rộng rãi. Nhu cầu cửa tự động ở Việt Nam là rất lớn về số lượng và chủng loại. 1.1. Cửa cuốn Loại cửa này có ưu điểm là gọn nhẹ tiện dụng và dễ sử dụng, lại chỉ cần động cơ công suất nhỏ. Loại cửa này thường được dùng cho gara ô tô. Nó có tính kinh tế khá cao vì không mấy khó khăn khi làm được loại cửa này. Nhưng có nhược điểm là cửa không chắc chắn và dễ bị hỏng hơn các loại cửa khác 1.2. Cửa kéo Loại cửa này nhìn rất lạ, với kết cấu đơn giản một động cơ được gắn cố định với trần nhà. Cửa được động cơ kéo bằng một đoạn dây. Ưu điểm của loại này là đơn giản nhưng hiệu quả, so với loại cửa cuốn thì cánh cửa chắc hơn nhiều. Có lẽ nhược điểm của loại cửa này là động cơ gắn với trần nhà vì vậy cần phải gắn đủ chắc để chịu được sức nặng của cửa. Vì vậy trong thực tế người ta ít sử dụng loại cửa kéo này do nhược điểm là phải gắn đủ chắc để chịu sức nặng nếu không sẽ rất nguy hiểm cho người sử dụng. 1.3. Cửa trượt Loại cửa này có đặc điểm là có một rãnh trượt cố định cho phép cánh cửa thể trượt qua trượt lại. Loại cửa này thường được sử dụng trong nhà hàng, khách sạn, cơ quan hay sân bay, nhà ga... Loại cửa này có ưu điểm là kết cấu khá nhẹ nhàng,tạo ra một cảm giác thoáng đạt và thoải mái và lịch sự rất thích hợp với nhưng nơi công cộng, cơ quan... Loại cửa này thiết kế rất toàn vẹn, nó có thể nhận biết được người, máy móc cũng như loài vật có thể đi qua. Nhược điểm của loại cửa này là không hề chắc chắn , nhẹ nhàng nhưng không có nghĩa là gọn gàng mà ngược lại có khi lại rất cồng kềnh Có một điều không thể phủ nhận đó là tính phổ biến của loại cửa này. Chương II. Khảo sát các loại cửa đóng mở tự động ở hà nội hiện nay Thông qua việc quan sát, tìm hiểu về cửa tự động ở một số địa điểm trên Hà Nội hiện nay, ta nhận thấy cửa tự động được sử dụng chủ yếu ở những nơi giao dịch thương mại, những công sở lớn, ở sân bay, ngân hàng và các khách sạn lớn. Sở dĩ như vậy là do những nơi này có lượng người qua lại lớn, đồng thời những nơi này lại yêu cầu có tính hiện đại, sang trọng và tiện dụng. Sử dụng cửa tự động tại những nơi này sẽ phát huy được tất cả những ưu điểm của nó. Tuy nhiên cửa tự động cũng có rất nhiều loại tuỳ theo yêu cầu về mục đích sử dụng như trọng lượng cửa, chiều cao hay phần mạch điều khiển cửa. Theo trọng lượng cửa thì có các loại sau: loại 200 kg/hai cánh tại Cung văn hoá hữu nghị Việt Xô,loại 180kg/2 cánh tại ngân hàng nông nghiệp và phát triển nông thôn….Ngoài ra người ta còn chia ra làm hai loại theo số cánh cửa:Loại một cánh và loại hai cánh. + Cửa tự động chỉ có 1 cánh: Loại cửa này chủ yếu được dùng trong 2 điều kiện như sau: Một là, những nơi yêu cầu tính hiện đại, sang trọng nhưng lại có số lượng người đi qua lại không nhiều như các khác sạn lớn, nhà nghỉ lớn, hay công sở mà không có tính chất giao dịch… Hai là, những loại cổng có kích thước lớn dùng ở các công ty, xí nghiệp hay những ngôi nhà lớn … Ngoài ra còn có thể có loại cửa tự động mà chỉ có 1 cánh đóng mở tự động còn lại 1 cánh là đóng mở như loại bình thường. + Cửa tự động có hai cánh: Loại cửa này được dùng rộng rãi hơn so với loại cửa tự động 1 cánh. Theo phần mạch điều khiển, hiện nay thì hầu hết những loại cửa tự động mới đều dùng loại mạch phi tiếp điểm như tại toà nhà 14 Láng Hạ,khách sạn Horison….Ngoài ra tại sân bay Nội Bài do nhu cầu giao dịch và vận chuyển hiện đại nên hệ thống cửa tự dộng ở đây dùng phần mềm lôgô để điều khiển.Để tìm hiểu sâu hơn trong công nghệ này ta sẽ phân tích hệ thống cửa tự động ở sân bay Nội Bài. Khảo sát cửa tự động ở sân bay Nội Bài - Hà Nội Hình 1.1:Cửa tự động ở sân bay nội bài Trước cửa ra vào nơi bán vé và làm thủ tục bay của sân bay Nội Bài cả tầng 1 và tầng 2 mỗi tầng có nhiều hệ thống cửa tự động .Tất cả các cửa này đều có kết cấu cơ khí và hình dạng bên ngoài giống nhau. Đây là loại cửa trượt rất phổ biến Cửa tự động tại đây sử dụng hệ thống cửa hai cánh trọng lượng mỗi cánh khoảng 80 kg. Động cơ dùng trong cửa tự động tại đây là động cơ một chiều điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp điều chỉnh điện áp.Hệ thống cửa tại đây không dùng hệ thống con lăn phụ mà thay vào đó là sử dụng hai gờ sắt cố định xuống sàn. Cuối hành trình mở có đặt một công tắc hành trình để bảo vệ tránh cho cửa không chuyển động vượt quá hành trình. Quan sát cửa chuyển động em thấy cửa chuyển động với hai cấp tốc độ. Khi mở cửa cửa mở ra với vận tốc nhanh để kịp thời mở ra tránh tình trạng người phải chờ đợi cửa mở gây cảm giác khó chịu cho người muốn đi vào, gần hết hành trình mở cửa giảm tốc và dừng lại, khi cửa đóng cửa đóng với vận tốc chậm hơn so với lúc mở để tránh gây cảm giác cho người muốn đi vao từ đằng xa.Gần hết hành trình cửa giảm tốc và dừng lại chính xác. Khi cửa đang đóng mà có tín hiêu người đi vào thì cửa sẽ mở ra với vận tốc nhanh sau gần cuối hành trình thì giảm tốc và dừng lại chính xác ở cuối hành trình.Cảm biến dùng ở đây là hai cảm biến quang:Một cảm biến đặt ở phía bên ngoài, một cảm biến đặt ở phía bên trong của cánh cửa để đảm bảo nhận biết và báo tín hiệu khi có người đi từ trong ra cũng như khi có ngừơi đi từ ngoài vào.Hai cảm biến này trên khung cánh cửa. Phương thức hoạt động của loại cửa này là dùng mạch điều khiển không tiếp điểm dùng các phần tử lôgic thì có ưư điểm là rẻ,việc hỏng hóc có thể sửa chửa dễ dàng, nhưng nó có một nhược diểm rất lớn là làm việc không lâu bền bằng phương pháp dùng bộ điều khiển lôgô, PLC...Còn cửa dùng phần mềm diều khiển bằng lôgô lại có ưu đIểm là là việc rất ổn định nhẹ êm,trơn nhưng có nhược đIểm là giá cả đắt,nếu hỏng hóc rất khó sửa chữa.Do đó hiện nay tuỳ theo nhu cầu sử dụng và vốn đầu tư khác nhau, mà việc ứng dụng loại cửa nào cho phù hợp. Ngoài ra qua việc quan sát vừa qua em thấy việc lắp đặt cửa tự động thường được sắp xếp ở những nơi mà tầm nhìn có độ rộng lớn,không gian rộng và thường có các loại cửa khác đi kèm như cửa đẩy hay cửa cuốn để tạo thêm mỹ quan.Các cảm biến dùng trong các loại cửa tự động có ở Hà Nội hiện nay đều là cảm biến hồng ngoại. Chương III. Thiết bị điều khiển PLC 3.1 Tổng quan về PLC 3.1.1. sự phát triển của Tự Động Hoá (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. 3.1.2. Sự phát triển của PLC 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 thống điều khiển tổng thể với các mạch vòng kín, đến các hệ thống xử 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. 3.1.3. Chức năng, ứng dụng và sự ưu việt của PLC 3.1.4. PLC là gì ? PLC (Programmable Logic control) là thiết bị điều khiển logic lập trình được, hay khả trình, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. 3.1.5. Bộ điều khiển chương trình có thể làm được những gì ? - Thu nhận các tín hiệu đầu vào và phản hồi (từ các cảm biến) -Liên kết, ghép nối lại và đóng mở mạch cho phù hợp với chương trình -Tính toán và soạn thảo các lệnh điều khiển trên cơ sở so sánh các thông tin thu được -Phân phát các lệnh điều khiển đó đến các địa chỉ thích hợp Với việc phân chia ra làm các kiểu điều khiển tương ứng ta sẽ hiểu được chức năng của bộ điều khiển chương trình hơn. Kiểu điều khiển chức năng Điều khiển chuyên gia giám sát Thay cho điều khiển rơ le Thời gian đếm Thay cho các panell điều khiển mạch in Điều khiển tự động, bán tự động, bằng tay các máy và các quá trình Các phép toán số học Cung cấp thông tin Điều khiển liên tục ( Nhiệt độ, áp suất ) Điều khiển P.I.D Điều khiển động cơ chấp hành Điều khiển động cơ bước Điều khiển dãy Điều hành quá trìng và báo động Phát hiện lãi và điều hành Ghép nối với máy tính (RS232\RS242) Máy in ghép nối Mạng tự động hoá xí nghiệp Mạng cục bộ Mạng mở rộng F.A, EMS, C.M.I Điều khiển mềm dẻo Sự ưu việt của việc ứng dụng kỹ thuật PLC. - Thời gian lắp đặt công trình ngắn hơn: không cần mạch lực và mạch điều khiển, không cần rơle, tụ, tranzito,thyristor,... - chuẩn bị hoạt động nhanh: khi bộ điều khiển và các phụ kiện đã được lắp ghép thì bộ PLC vào tư thế sẵn sàng làm việc ngay. - Dễ dàng thay đổi mà không gây tổn thất tài chính vì cần ít thiết bị lắp đặt hơn, các thiết bị được lắp đặt và hoạt động riêng rẽ ngoài ra có thể tính toán được chính xác giá thành. - Tiết kiệm thời gian - Dễ dàng thay đổi thiết kế nhờ thay đổi chương trình phần mềm: ta có thể thay đổi chương trình hoạt động sao cho phù hợp với mục đích và ý tưởng đưa ra. - ứng dụng điều khiển trong phạm vi rộng: vì kỹ thuật PLC hoạt động một cách linh hoạt nên dễ dàng thuận tiện trong tính toán, so sánh các giá trị tương quan, thay đổi các thông số cần thiết. Phù hợp nhanh chóng với mọi cách thức hoạt động tự động. - Dễ bảo trì: các chỉ thị vào và ra giúp xử lý sự cố dễ dàng hơn và nhanh hơn. - Độ tin cậy cao: các thành phần điện tử có tuổi thọ lâu hơn các thiết bị cơ điện tử. Việc bảo dưỡng định kỳ đối với điều khiển Rơle là không cần thiết đối với PLC. - Chuẩn hoá được phần cứng điều khiển - Thích ứng trong môi trường khắc nghiệt như môi trường ẩm ướt như ở nước ta, môi trường có nhiệt độ thay đổi, điện áp dao động, tiếng ồn, oxi hoá ... 3.2. Cấu tạo và hoạt động của PLC Cấu trúc phần cứng của PLC gồm: - Modul nguồn cung cấp. - Bộ xử lý trung tâm CPU. - Bộ nhớ chương trình. - Modul vào. - Modul ra. - Modul giao diện. - Các modul mở rộng 3.2.1. Modul nguồn cung cấp Đây là bộ nguồn có dải điện áp vào rất rộng (85-265 VAC). Nó tạo nguồn cung cấp chuẩn 24VDC cho tất cả các modul của PLC. 3.2.2. CPU a. Nhiệm vụ và cấu tạo. Thực hiện các nhiệm vụ điều khiển trung tâm. Thành phần của CPU gồm - 1 bộ xử lý. - 1 bộ nhớ trong (RAM). - Cờ, các bộ thời gian , bộ đếm. - Khối chức năng tiêu chuẩn ( phục vụ hoạt động của hệ thống như nhân, chia, mã hoá...) - Chỗ chứa bộ nhớ phụ. - Cổng cho lập trình, khối giao tiếp hoặc BUS của mạng LAN nối vào PLC. b. Hoạt động Các thông tin lưu giữ trong bộ nhớ chương trình được gọi lên tuần tự vì đã được điều khiển và kiểm soát bởi bộ đếm chương trình do đơn vị xử lý trung tâm khống chế. Bộ xử lý liên kết các tín hiệu lại với nhau theo quy định và từ đó rút ra kết quả là các lệnh cho đầu ra. 3.2.3. Bộ nhớ chương trình, bộ nhớ trong của PLC Là, đó là nơi lưu giữ chương trình quyết định hoạt động của hệ thống điều khiển. Trong bộ nhớ chương trình các lệnh được ghi tuần tự theo địa chỉ riêng. Bộ nhớ chương trình của PLC thường là RAM. Với RAM này ta có thể nạp, ghi, hoặc xoá chương trình bất kỳ lúc nào. Tuy nhiên khi mất nguồn nuôi thì nội dung của RAM cũng bị mất, do đó người ta phải lắp vào PLC các pin khô làm nguồn nuôi dự trữ . Người ta cũng đã thiết kế bộ nhớ thành các modul để cho phép dễ dàng thích nghi với các chức năng điều khiển có kích cỡ khác nhau. 3.2.4. Modul đầu vào Có chức năng chuẩn bị các tín hiệu bên ngoài để chuyển vào trong PLC, nó chứa các bộ lọc và bộ thích ứng mức năng lượng, được thiết kế để có thể nhận được nhiều đầu vào. Các đầu vào được trang bị đèn LED để việc quan sát dễ dàng hơn. 3.2.5. Modul đầu ra Có cấu tạo tương tự modul vào. Nó gửi thẳng các thông tin đầu ra đến các phần tử kích hoạt của các máy làm việc. Các đầu ra cũng được trang bị đèn LED để việc quan sát dễ dàng hơn. 3.2.6. Modul giao diện Dùng để nối bộ PLC với các thiết bị bên ngoài như: màn hình, thiết bị lập trình... 3.2.7. Modul mở rộng - Modul đếm: được sử dụng để trợ giúp những bộ đếm trong CPU. Modul đếm có khả năng đếm thuận, nghịch. - Modul thời gian. 3.2.8. Những thông số kỹ thuật căn bản của PLC - Nguồn cung cấp. - Thời gian xử lý 1 Kbyte lệnh. - Dung lượng bộ nhớ . - Số lượng bộ đếm, bộ thời gian, cờ. - Phần cứng đồng hồ đếm thời gian. - Số đầu vào, ra (số và tương tự). - Mức điện áp, dòng điện cho đầu vào ,ra. - Khả năng mở rộng. - Khả năng ghép nối với các thiết bị ngoại vi. - Bộ lập trình PG. 3.2.9. Các bit đầu vào trong PLC và các tín hiệu bên ngoài 00015 0 0 0 0 1 00001 00000 +V Các bit bên trong PLC phản ánh trạng thái đóng mở công tắc điện bên ngoài Các bit đầu vào Các bit trong PLC phản ánh trạng thái đóng mở của công tắc điện bên ngoài như hình trên.Khi trạng thái khoá đầu vào thay đổi (đóng/mở),trạng thái các bit tương ứng cũng thay đổi tương ứng (1/0).Các bit trong PLC được tổ chức thành từng Word; ở hình trên các khoá đầu vào được nối tương ứng với word 000. Các bit đầu ra trong PLC và các tín hiệu bên ngoài 01015 0 0 1 0 1 Các bit của 010 01004 01000 Sáng 0V Các bit của Word từ 01000 – 01015 sẽ điều khiển bật tắt đèn tương ứng với trạng thái 1 hoặc 0 của nó. 3.3. Các vấn đề chính cần biết khi sử dụng 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. c)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. 3.4. Thủ tục 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? Phần II Quy trình công nghệ và thiết kế hệ thống điều khiển Chương 1. Phân tích quy trình công nghệ Quy trình công nghệ của cửa tự động như sau: Cửa tự động sử dụng động cơ một chiều không chổi than kích từ bằng nam châm vĩnh cửu sử dụng encorder để điều chỉnh quá trình thay đổi tốc độ nhận biết người và vật bằng cảm biến hồng ngoại. Cụ thể như sau: +khi có tín hiệu người hoặc cửa sẽ mở ra với tốc độ nhanh, khi gần đến cuối hành trình mở cửa giảm tốc độ và dừng lại một cách chính xác +ở hành trình đóng . khi không có tín hiệu người hoặc vật cửa sẽ đóng lại với tốc độ nhanh, khi gần đến cuối hành trình thì cửa giảm tốc độ và dừng lại + khi cửa đang đóng nếu có tín hiệu người hoặc vật thì cửa lại mở ra với tốc độ khi mở cửa +khi cửa đang mở nếu mất tín hiệu thì cửadừng lại khoảng vài giây rồi đóng lại +thiết bị điều khiển là bộ điều khiển PLC S7-200 của hãng Siemens + phía trên dùng vi xử lý để điều khiển chữ chạy gồm 5 chữ T Đ T H Đ cụ thể như sau: - khi cửa mở chữ sẽ sáng từ giữa sang hai bên - khi đóng của chữ sẽ tắt dần từ hai bên vào giữa Chương 2 :chọn hệ truyền động Hệ truyền động được sử dụng là hệ truyên động động cơ điện một chiều không chổi than kích từ bằng nam châm vĩnh cửu. Hình 2.1: Động cơ dùng trong mô hình của tụ động 2.1.Giới thiệu chung về động cơ điện một chiều 2.1.1 cấu tạo động cơ điện một chiều A. Phần tĩnh a. Cực từ chính Cực từ chính là bộ phận tạo ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ ngoài lõi sắt cực từ. Lõi sắt làm bằng những lá thép kĩ thuật điện hay thép các bon dày từ 0.5 dến 1mm ép lại và tán chặt ,cũng có thể dùngthép khối. Cực từ dược tán chặt vào vỏ máy nhờ các bu lông. Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện kĩ thành một khối và tẩm sơn cách điện trước khi đặt lên các cực từ . Cuộn kích từ đặt lên các cực từ . Cuộn kích từ đặt trên các cực từ này được nối tiếp với nhau b. Cực từ phụ Được đặt xen kẽ với cực từ chính , xung quanh các cực từ phụ có dây quấn cực từ phụ . Dây quấn cực từ phụ đấu nối tiếp với dây quấn rôtô, nhiệm vụ của cực từ phụ là triệt tiêu từ thông phần ứng. Trên vùng trung tính hình học để hạn chế xuất hiện tia lửa điện trên chổi than và cổ góp. c. vỏ máy(gông từ) Dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ , đồng thời làm vỏ máy . Trong động cơ điện một chiều nhỏ và vừa thường dùng thép tấm dày , uốn và hàn lại , với động cơ lớn thường dùng thép đúc B. Phần quay ( phần ứng ) a. lõi sắt phần ứng Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ .Thường dùng các tấm thép kĩ thuật diện ( thép hợp kim silic) dày 0.5 mm phủ cách điện mỏng ở 2 mặt rồi ép chặt lại dể giảm hao tổn do dòng điện xoáy gây lên. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh dể saukhiép lại thì đặt dây quấn vào . b. Dây quấn phần ứng. Dây quấn phần ứng là phần sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua , dây quấn phần ứng thường được làm bằng dây đồng có bọc cách điện . Trong động cơ nhỏ thường dùng dây có tiết diện tròn , còn động cơ vừa và lớn thường dùng dây có tiết diện hình chữ nhật.Dây quấn được cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép c. Cổ góp cổ góp (hay còn gọi là vành góp hay vành đảo chiều) dùng để đổi chiều của dòng điện xoay chiều thành một chiều 2.1.2 Phân loại động cơ điện một chiều Tuỳ theo cách mắc mạch kích từ so với mạch phần ứng mà động cơ điện một chiều được chia ra thành các loại sau: +Động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Khi nguồn điện một chiều có công suất dủ lớn thì mạch phần ứng và mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập với nhau , lúc nay dộng cơ được gọi là động cơ kích từ độc lập. Hình 2.1sơ đồ nguyên lý nối dây động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập +Động cơ điện một chiều kích từ song song Hình 2.2: sơ đồ nguyên lý nối dây động cơ điện 1 chiều kích từ song song Khi nguồn điệnn một chiêu có công suất vô cùng lớn và điện áp không đổi thì mạch kích từ thường mắc song song với mạch phần ứng, lúc này động cơ được gọi là động cơ kích từ song song. +Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp: Hình 2.3 : sơ đồ nguyên lý nối dây động cơ điện 1 chiều kích từ nối tiếp Đặc điểm của động cơ kích từ nối tiếp là cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng, nên cuộn kích từ có tiết diện lớn , điện trở nhỏ, số vòng ít, chế tạo dễ dàng. +Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp: Hình 2.4 : sơ đồ nguyên lý nối dây động cơ điện 1 chiều kích từ hỗn hợp Đặc điểm của động cơ này là từ thông của máy là tổng hợp của các cuộn kích từ song song và kích từ nối tiếp. Do vậy nó tận dụng được những đặc tính cơ bản của hai loai trên tuỳ theo cách đấu dây để sử dụng cuộn dây kích từ nào đóng vai trò chủ yếu . 2.1.3 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều Khi đóng dộng cơ quay đến tốc độ n đặt điện áp Ukích từ nào đó lên dây quấn kích từ thì trong dây quấn kích từ có dòng điện, và do đó mạch từ của máy sẽ có từ thông ,do trong mạch phần ứng có dòng điện chạy qua nên sự tương tác giữa từ thông và dòng điện phần ứng sinh ra mô men động cơlàm quay động cơ. 2.1.4. Phương trình đặc tính cơ của động điện một chiều kích từ độc lập: Để thành lập phương trình đặc tính cơ ta xuất phát từphương trình cân bằng điện áp của động cơ: Uư = Eư + ( Rư +Rf ) Iư =Eư +RI ư (1) Trong đó: Uư: điện áp phần ứng (V); Eư : sức điện động phần ứng (V). Rư : điện trở của mạch phần ứng (W) Rf : điện trở phụ trong mạch phần ứng (W) Iư : dòng điện mạch phần ứng ( A) Sức điện động Eư của động cơ được xác định theo công thức sau: Eư = = k = Trong đó : P- Số đôi cực từ chính . N-Số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng . - Từ thông kích từ dưới một cực từ (Wb) Tốc độ góc (rad/s) K = Hệ số cấu tạo động cơ Từ phương trình (1) , ta có : Eư = Uư- (Rư + Rf) .Iư Chia cả 2 vế cho K ta được =-.Mđt Hay = -.Mđt (2) =f (I): đặc tính cơ điện Mặt khác mô men điện từ của cơ điện được xác định bởi : Mđt =KIư, Iư = Thế vào (2) ta được : = -.Mđt , = f(M) đặc tính cơ theo mô men. Nừu bỏ qua tổn thất thép thì mô men trục điện cơ bằng mô men điện từ , ta kí hiệu là M , nghĩa là: Mđt = Mcơ = M =-.Mđt (3) Giả thiết phản ứng phần ứng được bù đủ, từ thông = const thì phương trình đặc tính cơ điện (2) và phương trình đặc tính cơ là tuyến tính , đồ thị của chúng được thể hiện như sau: wđm w0 w I Iđm Imn w w0 wđm Mđm Mmn M 0 0 Hình 2.5 a hình2.5 b Đặc tính cơ diện của động cơ Đặc tính cơ động cơ điện một chiều điện 1 chiều kích từ độc lập Theo các đồ thị trên khi Iư =0 hoặc M = 0 ta có: == 2.2.Giới thiệu về động cơ không chổi than Như tên gọi của nó , động cơ không chổi than là loại động cơ không có chổi than , vành góp, những bộ phận cần thiết trong các động cơ điện một chiều thông thường. Cờu trúc cơ bản của động cơ không chổi than là một nam châm vĩnh cửu quay vượt quá các vòng dây có dòng điện chạy qua. Về khía cạnh này , nó tương dương với một động cơ điện một chiều thông thường đã hoán đổi vị trí giữa stato và rotor. Trong cả hai trường hợp , dòng điện trong dây dẫn phải thay đổi cực tính mỗi khi một cực nam châm dịch chuyển theo một thứ tự nào đó phải đảm bảo rằng mô men được sinh ra có một phương duy nhất . Trong động cơ điện một chiều thông thường , việc đảo chiều cực tính được thực hiện bởi chổi than và vành góp . Khi vành góp cố định trong roto , thời điểm chuyển mạch được tự động đồng bộ hoá với cực tính thay đổi của từ trường mà dây dẫn vượt qua 2.3. Các phương pháp thay đổi tốc độ động cơ Về phương diện điều chỉnh tốc độ , động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt hơn so với các loại động cơ khác , không những nó có khả năng điều chỉnh tốc dộ dễ dàng mà cấu trúc mạch lực , mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng. Thực tế có hai phương pháp cơ bản để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều: - Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ. - Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ. 2.3.1. phương pháp điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng đông cơ Để điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ một chiều cần có thiết bị nguồn như máy phát điện một chiều kích từ độc lập , các bộ phận chỉnh lưu điều khiển v.v…Các thiết bị nguồn này có chức năng biến năng lượng điện xoay chiều thành một chiều có sức điện động Eb điều chỉnh được nhờ tín hiệu điều khiển Uđk . vì là nguồn có công suất hữu hạn so với động cơ nên các bộ biến đổi này có điện trở trong Rb và điện cảm Lb khác không . ở chế độ xác lập có thể viết được phương trình đặc tính của hệ thống như sau: Eb –Eư = Iư ( Rb + Rưđ ) = - .Iư = 0( Uđk ) - Vì từ thông của động cơ giữ không đổi nên độ cứng đặc tính cơ cũng không đổi , còn tốc độ không tải lý tưởng thì tuỳ thuộc vào giá trị điện áp Uđk của hệ thống , do đó có thể nói phương pháp điều chỉnh này là triệt để . Để xác định dải điều chỉnh tốc độ ta để ý rằng tốc độ lớn nhất của hệ thống bị chặn bởi đặc tính cơ cơ bản, là đặc tính ứng với điện áp phần ứng định mức và từ thông cũng được giữ ở giá trị định mức. Tốc độ nhỏ nhất của dải điều chỉnh bị giới hạn yêu cầu về sai số tốc độ và về mô men khởi động. Khi mô men tải là định mức thìcác giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ là: wmax = womax - wmin = womin - Để thoả mãn khả năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh phải có mô men ngắn mạch là: Mmnmin = Mcmax = Km.Mđm Trong đó Km là hệ số quá tải về mô men . vì họ đặc tính cơ là các đường thẳng song song nhau , nên theo định nghĩa về độ cứng đặc tính cơ ta có thể viết: wmin =( Mmnmin –Mđm) = (Km -1) wmax w0min wmin w0max w Mđm Mnmmin M,I wđk1 wđki Với một cơ cấu máy cụ thể thì các giá trị w0max, Mđm, Km là xá định , vì vậy phạm vi diều chỉnh D phụ thuộc vào giá trị của độ cứng β. Khi điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ bằng các thiết bị nguồn điều chỉnh thì điện trở tổng mạch phần ứng gấp khoảng hai lần điện trở phần ứng động cơ . do đó có thể tính sơ bộ được : w0max ẵβẵ/ MđmÊ 10 Vì thế với tải có đặc tính mô men không đổi thì giá trị phạm vimđiều chỉnh tốc độ cũng không vượt quá 10 . Đối với các máycó yêu cầu cao về dải điều chỉnh tốc độ và độ chính xác duy trì tốc độ làm việc thì việc sử dụng các hệ thống hở như trên là không thoả mãn được. Trong phạm vi phụ tải cho phép có thể coi các đặc tính cơ tĩnh của truyền động một chiều kích từ độc lập là tuyến tính. Khi điều chỉnh điện áp phần ứng thì độ cứng các đặc tính cơ trong toàn dải điều chỉnh là như nhau , do đó độ sụt tốc tương đối sễ đạt giá trị lớn nhất tại đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh .Hay nói cách khác , nếu đặc tính cơ thấp nhất của dải điều chỉnh mà sai số tốc độ không vượt quá giá trị sai số cho phép , thì hệ truyền động sẽ làm việc với sai số luôn nhỏ hơn sai số cho phép trong toàn bộ dải điều chỉnh . Trong suốt quá trình điều chỉnh điện áp phần ứng thì từ thông kích từ được giữ nguyên ,do đó mô men tải cho phép của hệ sẽ là không đổi : Mc.cp = Kfđm . Iđm = Mđm Do vậy, điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng là rất thích hợp trong trường hợp mô men tải là không đổi trong toàn dải điều chỉnh. 2.3.2. Phương pháp thay đổi từ thông động cơ Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh mô men điện từ của động cơ M = KfIư và sức điện động quay của động cơ Eư = Kfw . Mạch kích từ của động cơ là mạch phi tuyến , vì vậy hệ điêu chỉnh động cơ cũng là hệ phi tuyến : Trong đó rk- Điện trở dây quấn kích thích rb - Điện trở của nguồn điện áp kích thích wk – số vòng dây của dây quấn kích thích . Trong chế độ xác lập ta có quan hệ : Thường khi điều chỉnh từ thông thì điện áp phần ứng được giữ nguyên bằng giá trị định mức , do đó đặc tính cơ thấp nhất trong vùng điều chỉnh từ thông chính là đặc tính có điện áp phần ứng định mức, từ thông dịnh mức và được gọi là đặc tính cơ bản . Tốc độ lớn nhất của dải điều chỉnh từ thông bị hạn chế bởi khả năng chuyển mạch của cổ góp điện. Khi giảm từ thông để tăng tốc độ quay của động cơ thì đồng thời điều kiện chuyểnmạch của cổ gópcũng bị xấu đi , vì vậy để đảm bảo điều kiện chuyển mạch bình thường thìcần phải giảm dòng điện phần ứng cho phép , kết quả là mô men cho phép trên trục động cơ giảm rất nhanh. Ngay cả khi giữ nguyên dòng điện phần ứng thì độ cứng đặc tính cơ cũng giảm rất nhanh khi giảm từ thông kích thích : βf = Do đó điều chỉnh tốc độ bằng cách giảm từ thông nên đối với các động cơ mà từ thông định mức nằm ở chỗ tiếp giáp giữa vùng tuyến tính và vùng bão hoà của đặc tính từ hoá thì có thể coi việc điều chỉnh là tuyến tính và hằng số C phụ thuộc vào thông số kết cấu của máyđiện. chương 3: thiết kế máy biến áp 3.1khái niệm chung về máy biến áp 3.1.1.khái niệm chung Máy biến áp là một thiét bị biến đổi kiểu cảm ứng có hai hay nhiều dây quấn đứng yên hỗ cảm với nhau , dùng để biến đổi các thông số điện áp và dòng điện xoay chiều nhờ hiện tượng cảm ứng điện từ. Máy biến áp hai dây quấn có thể bao gồm các máy biến áp một pha hay nhiều pha có hai dây quấn sơ cấp và thứ cấp không nối với nhau về mặt điện . Năng lượng điện trưyền từ dây quấn này sang dây quấn kia là nhờ sự liên hệ với nhau thông qua từ trường trong máy biến áp . Dây quấn của máu biến áp nhận điện năng của lưới gọi là dây quấn sơ cấp . Dây quấn còn lại nhận điện năng từ dây quấn sơ cấp thông qua từ trường trong máy biến áp . Dây quấn này có thể nối vào lưới điện hoặc cung cấp trực tiếp cho tải. Máy biến áp là một thiết bị được sử dụng rất rộng rãi , nhờ các máy biến áp mà điện năng được truyền mộtcách hiệu quả từ nhà máy phát điện đến các hộ tiêu thụ . Để giảm tổn hao trên đường dây trong quá trình truyền tải điện năng đi xa , thì điện áp phải được thay đổi qua nhiều cấp do đó tổng dung lượng của máy biến áp trong hệ thống điện phải lớn. Các máy biến áp phải được chế tạo theo những điều kiện kĩ thuật hay những yêu cầu của những hệ thống tiêu chuẩn, thực hiện các chức năng hoàn toàn xác định theo sự biến đổi điện năng . 3.1.2.Các đại lượng định mức của máy biến áp Hình3.1 Máy biến áp dùng trong mô hình cửa tự động Các tham số của máy biến áp bao gồm các đại lượng định mức của máy như sau: -Dung lượng định mức: dung lượng định mức của máy biến áp được hiểu là công suất toàn phần đưa ra từ dây quấn thứ cấp tính bằng KVA hay VA.Trong máy biến áp hai dây quấn dung lượng của máy biến áp là như nhau và bằng dung lượng định mức của máy biến áp. - Điện áp định mức : Các điện áp dây của mỗi dây quấn ở các đầu dây ra ở chế độ định mức gọi là điện áp định mức của máy biến áp. -Dòng điện định mức: là những dòng điện dây của dây quấn sơ cấp và thứ cấp ứng với công suất và điện áp định mức , nó được tính bằng ampe (A) hay kiloampe (kA) .đại lượng này được tính theo dung lượng định mức và điện áp định mức của mỗi dây quấn. I1đm =S1đm/U1đm. I2đm = S2đm/U2đm . -Tần số định mức : tần số của dòng điện chạy qua máy biến áp gọi là tần số định mức của máy biến áp , ở nước ta hiện nay đối các máy biến áp thông thường tần số này là 50 Hz Ngoài ra còn có các thông số về điện áp ngắn mạch và dòng điện không tải. 3.1.3 Cấu tạo máy biến áp Các máy biến áp thông thường có kết cấu gồm các phần sau: - Lõi thép: Lõithép dùng làm mạch dẫn từ , đồng thời làm khung để quấn dây . Lõi thép có thể là kiểu trụ, kiểu bọc hoặc kiểu trụ bọc. Lõi thép của máy biến áp được chế tạo sao cho dòng xoáy và từ trễ gây ra tổn hao trong phạm vi cho phép vì vậy nó dược ghép từ các lá thép kỹ thuật điệncó từ tính tốt , suất tổn hao thấp , điện trở suất cao và cách điện với nhau. Việc sử dụng các lá thép để ghép lại thành lõi thép làm xuất hiện các khe hở không khí trong mạch từ, các khe hở này làm gia tăng một cách đáng kể tổn hao không tải của máy biến áp .Để hạn chế tổn hao này người ta ghép xen kẽ các lá thép nhằm giảm khe hở không khí. - Dây quấn: là bộ phận dẫn điện của máy biến áp ,làm nhiệm vụ thu năng lượng vào và truyền năng lượng ra. Dây dẫn thường được làm bằng đồng .Theo cách sắp xếp dây quấn cao áp và hạ áp người ta chia ra hai loại chính là dây quấn đồng tâm và dây quấn xen kẽ. -Vỏ máy: Vỏ máy gồm hai bộ phận là thùng và nắp thùng . nó có tác dụng là bảo vệ ruột máy và làm thùng dầu 3.2.chế tạo máy biến áp 3.2.1: Tính toán máy biến áp Do sử dụng nhiều mức điện áp để cung cấp cho các thiết bị hoạt động nên ta cần có máy biến áp .Cụ thể có các mức điện áp sau khi quy đổi như sau: + Động cơ cần ba cấp điện áp để thay đổi tốc độ là : - 4 V 1chiều (qua chỉnh lưu + tụ lọc) =3.5 V xoay chiều. -6 V 1chiều (qua chỉnh lưu + tụ lọc) =5 V xoay chiều . - 9 V 1chiều (qua chỉnh lưu + tụ lọc) =7.5 V xoay chiều +Vi sử lý dùng cuộn: 5V 1chiều (qua chỉnh lưu + tụ lọc +ổn áp tuyến tính) =5.5 V xoay chiều +Đầu vào Encorder 5V 1chiều (qua chỉnh lưu + tụ lọc + ổn áp tuyến tính) =5.5 V xoay chiều +PLC: 12V 1chiều (qua chỉnh lưu + tụ lọc) =9.5 V xoay chiều 24V 1chiều (qua chỉnh lưu + tụ lọc) =19 V xoay chiều + Đèn : 20V xoay chiều -- Từ yêu cầu của việc thiết kế ta chọn máy biến áp có các thông số sau: + điện áp cuộn sơ cấp:220V +Các cuộn thứ cấp có các mức điện áp sau:3.5V, 5V, 5.5V, 7.5V , 9.5V, 19V , 20V 220V 3.5 V 5.0 V 7.5 V 24 V 9.5 V 20 V 5.5 V 5.5 V 3.2.2 tính toán số vòng dây máy biến áp Thông số mạch từ của máy biến áp như sau: Hình3.2: lõi thép máy biến áp Chiều dài:a =4cm Chiều rộng: b =5.5 cm Chiều cao: h = 5 cm Diện tích mạch từ máy biến áp là: Sba = a.b = 4.5,5 =22(cm2) Số vòng dây trên vôn: No =( vòng/V) Số vòng dây trên cuộn sơ cấp: W1= U1. No= 2,3. 220 = 506 vòng Số vòng dây trên cuộn thứ cấp: Theo công thức W = U.No ta tính được số vòng các cuộn thứ cấp lần lượt như sau: 3.5V =8 vòng 5V =11 vòng 5.5V =13 vòng 7.5V = 17 vòng 9.5V =22 vòng 19V = 44 vòng 20V = 46 vòng chương 4: thiết bị diều khiển khả trình simatic s7-200 4.1Cấu hình cứng: Hình:4.1 PLC dùng trong mô hình cử tự động Simatic S7-200 là thiết bị điều khiển lô gíc khả trình loại nhỏ của hãng Siemens, có cấu trúc theo kiểu mô đul và có các môđul mở rộng. Các môđul này sử dụng cho nhiều loại ứng dụng lập trình khác nhau. Thành phần cơ bản của S7-200 là khối vi sử lý của CPU 222. Về hình thức bên ngoài nhận biết được nhờ số đầu vào / ra và nguồn cung cấp CPU 222 có 10 đầu vào và 8 đầu ra Tổng số đầu vào / ra cực đại là 64 cổng vào và 64 cổngra Có 256 timer chia làm 3 loại theo độ phân giải khác nhau: 8 timer 1ms , 32 timer 10ms , 208 timer 100ms . Tổng có 256 bộ đếm chia làm 2 loại : Chỉ đếm tiến và vừa đếm tiến vừa đếm lùi Các chế độ ngắt và xử lí ngắt bao gồm : Ngắt truyền thông , ngắt theo sườn lên hoặc sườn xuống , ngắt theo thời gian , ngắt của bộ đếm tốc độ cao và ngắt truyền xung Toàn bộ vùng nhớ không bị mất dữ liệu trong khoảng thời gian là 190 h khi PLC mất nguồn nuôi. Có 368 bít nhớ đặc biệt dùng để thông báo trạng thái và đặt chế độ làm việc. Dải tín hiệu vào từ 15 đến 30V điện áp một chiều 4mA Có cách ly quang 500VAC 1 phút. 4.2 Mô tả các đèn báo trên S7 -200 SF ( đèn đỏ): báo hiệu hệ thống bị hỏng. RUN ( đèn xanh): chỉ thị PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện chương trình được nạp trong máy. STOP ( đèn vàng): Đèn này chỉ thị PLC đang ở chế độ dừng. Dừng chương trình đang thực hiện lại. Ixx ( Đèn xang ): Đèn xanh ở cổng vào chỉ thị ở trạng thái tức thời của cổng. Đèn báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng Qyy: Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng 4.3 Mở rộng cổng vào ra Thế hệ Simantic S7-200 rất linh hoạt và hiệu quả sử dụng cao do những đặc sau: + Cố nhiều loại CPU khác nhau trong hệ S7-200 nhằm đáp ứng nhu cầu khác nhau của từng ứng dụng. + Có nhiều Modul mở rộng khác nhau nhw Modul ngõ vào/ ra tương tự, Modul ngõ vào/ ra số. +Modul truyền thông để kết nối PLC trong hệ S7-200 vào mạng Profibus-DP như là một Slave. + Modul truyền thông để kết nối PLC trong hệ S7-200 vào mạng AS –I như là một MASTER. +Phần mềm STEP7 Mico/ win sofwarl 4.4 Thực hiện chương trình PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp . Mỗi vòng lặp được gọi là vòng quét . Mỗi vòng quét được bắt đàu bằng giai đoạn đọc dữ liệu từ các cổng vào vùng bộ đếm ảo , tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình . Trong từng vòng quét , chương trình đưọcc thực hiện bằng lẹnh đầu tiên và kết thúc bằng lẹnh kết thúc . Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi. Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đếm ảo tới cổng ra. 4.5 Cấu trúc chương trình của S7-200: Cố thể lập trình cho PLC S7-200 bằng cách sử dụng một trong các phần mềm sau: -STEP7-Micro/DOS. - STEP7-Micro/ WIN. Các chương trình cho S7-200 phải có cấu trúc chương trình chính và sau đó đến các chương trình con và chương trình xử lý ngát được chỉ ra sau đây: - Chương trình chính được kết thúc bằnglệnh kết thúc chương trình (MEND). - Chug trình con là một bộ phận của chương trình , các chương trình con phải được viết sau lệnh kết thúc chương trình chính đó là lệnh MEND - Các chương trình xử lý ngắt là một bộ phậncủa chương trình .Nừu cần sử dụng chương trình , cần xử lý ngắt phải viết sau lệnh kết thúc chương trình chính MEND -Các chương trình con được nhóm lại thành một nhóm ngay sau chương trình chính. Sau đó đếnngay các chương trình xử lý ngắt . Bằng cách viết như vậy cấu trúc chương trình được rõ ràngvà thuận tiện hơn trong việc đọc chương trình sau này. Có thể tự do trộn lẫn các chương trình con và chương trình xử lý ngắt đằng sau chương trình chính. 4.6 Ngôn ngữ lập trình 4.6.1. Phương pháp lập trình S7-200 biểu diễn một mạch logic cùng bằng một dãy các lệnh lập trình. Chug trình bao gồm một dãy các lệnh . S7-200 thực hiện chương trình bắt đầu từ lệnh lập trình đầu tiên và kết thúc ở lệnh cuối cùng trong một vòng. Cách lập trình cho S7 -200 nói riêng và cho các PLC của siemens nói chung dựa trên hai phương pháp cơ bản sau: - Phương pháp hình thang( Ladder Logic ) viết tắt là LAD - Phương pháp liệt kê lệnh (Statemnt List ) viết tắt là STL Nếu chương trình được viết theo kiểu LAD , thiết bị lập trình sẽ tự tạo ra một chương trình theo kiểu STL tương ứng.Nhưng ngược lại không phải một chương trình nào được viết theo kiểu STL cũng có thể chuyển được sang LAD + Định nghĩa về LAD LAD là một ngôn ngữ lập bằng đồ hoạ. Những thành phần cơ bản dùng trong LAD tương ứng với các thành phần của bảng điều khiển bằng rơle. Trong chương trình LAD các phần tử cơ bản dùng để biểu diễn lệnh logic như sau: - Tiếp điểm: Là biểu tượngmô tả các tiếp điểm của rơle , các tiếp điểm đó thể là thường mở hoặc thường đóng -Cuộn dây: là biểu tượng mô tả các rơle được mắctheo chiều dòng điện cung cấp cho rơle. - Hộp : là biểu tượng mô tả các hàm khác nhau , nó làm việc khi có dòng điện chạy đến hộp .Những dạng hàm thường được biểu diễn bằng hộp là các bộ thời gian ( timer), bộ đếm (Counter) và các hàm toán học. Cuộn dây và các hộp phải được mắc đúng chiều dòng điện. -Mạng LAD : Là đường nối các phần tử thành một mạch hoàn chỉnh , đi từ đường nguồn bên trái sang đường nguồn bên phải . Đường nguồn bên trái là dây nóng , đường nguồn bên phải là dây trung hoà hay là đường trở về nguồn.Dòng điện chạy từ bên trái qua các tiếp điểm đóng đến các cuộn dây hoặc các hộp trở về bên phải nguồn 4.7. Phân cổng vào/ ra và chương trình điều khiển cho hệ thống cửa đóng mở tự động +Đầu vào -I0.0 : Tín hiệu en corder -I0.1 : tín hiệu cảm biến 1 -I0.2 :Tín hiệu cảm biến 2 + Đầu ra: Q0.0 : cho phép mở cửa Q0.1 : cho phép đòng cửa Q0.2 :cho phép cửa chuyển động với tốc độ V1. Q0.3 : cho phép cửa chuyển động với tốc độ V2. Q0.4 : cho phép cửa chuyển động với tốc độ V3. + Chương trình ( bản giấy A3) chương 5: giới thiệu một số cách phát hiện vật thể 5.1 Phương pháp phát hiện vật thể ứng dụng công nghệ vi sóng Phương pháp phát hiện vật thể ứng dụng vi sóng được thực hiện thông qua các cảm biến vi sóng. Cảm biến vi sóng là thiết bị điện tử sử dụng sóng cực ngắn để đo di chuyển tốc độ, chiều chuyển động, khoảng cách, phát hiện vật thể . Cảm biến vi sóng được chia thành năm loại: - Cảm biến chuyển động phát hiện đối tượng chuyển động đi vào vùng bảo vệ. - Cảm biến tốc độ đo tôc độ di chuyển của đối tượng. - Cảm biến phát hiện hướng chuyển động của đối tượng (chạy tiến, chạy lùi). - Cảm biến tiếp cận: phát hiện sự hiện diện của đối tượng. - Cảm biến khoảng cách đo khoảng cách từ cảm biến đến đối tượng. Các đặc điểm cơ bản của cảm biến vi sóng: - Không tiếp xúc cơ khí: Do có đặc tính này mà cảm biến vi sóng có thể làm việc trong các môi trường độc hại, dễ cháy nổ, có thể thâm nhập vào bề mặt không kim loại như sợi thuỷ tinh, phát hiện mức, phát hiện đối tượng bằng cactông... - Bền vững: Cảm biến siêu âm không có bộ phận chuyển động, có thể được bọc kín nên có thể chống được tác động cơ học. - Vùng tác động rộng: Cảm biến siêu âm có thể phát hiện các đối tượng xa từ 25 mm đến 45.000 mm và lớn hơn, phụ thuộc vào kích thước của đối tượng, công suất nguồn và anten. - Kích thước nhỏ: Mặc dù có kích thước lớn hơn cảm biến tiếp cận điện cảm, điện dung nhưng khi sử dụng tần số cao và mạch điện tử công nghệ cao có thể giảm kích thước, giá thành. - Kích thước mục tiêu: Cảm biến siêu âm phù hợp với mục tiêu phát hiện kể cả mục tiêu nhỏ như một hạt cát. - Môi trường làm việc: Có thể làm việc trong điều kiện môi trường khó khăn từ -55 tới +125 độ C, môi trường bụi bẩn, ô nhiễm, độc hại. Nguyên lý hoạt động của cảm biến vi sóng: Cảm biến vi sóng gồm có ba phần chính:nguồn, anten tụ tiêu, máy thu và xử lý tín hiệu. Thông thường máy phát và máy thu được đặt trong cùng một module. Máy phát chứa diode Gunn lắp trong một hốc cộng hưởng nhỏ, có nguồn năng lượng và dao động ở tần số cao cỡ Ghz. Công suất phát cỡ 10 đến 20 mW, công suất nguồn một chiều 8V, 150mA. Đầu cuối ống dẫn sóng được nối với anten. Anten tụ tiêu chùm tia, mỗi anten có dải thông và hệ số khuếch đại xác định. Khi đập vào đối tượng chùm sóng được phản hồi lại module. Khi tia phản xạ lại máy thu diode trộn sẽ phối hợp với một phần tín hiệu phát. Nếu mục tiêu chuyển động pha của hai tín hiệu phát và trở về khác nhau. Tín hiệu đến máy thu cỡ W đến mW cần được khuếch đại. Ngoài khuếch đại, so sánh có thêm mạch relay đầu ra để phù hợp với ứng dụng. Với những đặc tính trên cảm biến vi sóng rất hiệu quả trong việc phát hiện những mục tiêu, những vật thể chuyển động có kích thước nhỏ, ở khoảng cách xa. Tuy nhiên với những vật thể không di động việc sử dụng vi sóng thường không đem lại hiệu quả như mong muốn, chi phí cho phương pháp này cũng khá tốn kém. 5.2 Phương pháp phát hiện vật thể dựa trên hiệu ứng quang điện Trong phương pháp này việc phát hiện vật thể được thực hiện thông qua các cảm biến quang điện. Cảm biến quang điện là các linh kiện quang điện, thay đổi trạng thái điện khi có ánh sáng thích hợp tác động vào bề mặt của nó. Cảm biến quang điện bao gồm một số loại sau. 5.2.1 Tế bào quang dẫn Đặc trưng cơ bản của tế bào quang dẫn là điện trở của nó phụ thuộc vào thông lượng của bức xạ và phổ của bức xạ đó. Tế bào quang dẫn là một trong những cảm biến có độ nhạy cao. Cơ sở vật lý của tế bào quang dẫn là hiện tượng quang dẫn do kết quả của hiệu ứng quang điện bên trong. Đó là hiện tượng giải phóng hạt tải điện trong vật liệu bán dẫn dưới tác dụng của ánh sáng. 5.2.2 Photodiode Nguyên lý hoạt động của photodiot: Khi chiếu sáng lên bề mặt diode bán dẫn bằng bức xạ có bước sóng nhỏ hơn bước sóng ngưỡng < sẽ xuất hiện thêm các cặp điện tử - lỗ trống. Để các hạt này có thể tham gia vào độ dẫn và làm tăng dòng điện I, cần phải ngăn cản quá trình tái hợp của chúng tức là phải nhanh chóng tách cặp điện tử - lỗ trống dưới tác dụng của điện trường. Điều này chỉ có thể xảy ra trong vùng nghèo và sự chuyển dời của các điện tử đó kéo theo sự gia tăng của các dòng điện ngược. Để đạt được điều đó ánh sáng phải đạt tới vùng nghèo sau khi đã đi qua bề dày của chất bán dẫn và tiêu hao năng lượng không nhiều. Càng đi sâu vào chất bán dẫn quang thông càng giảm. Diode thực tế có lớp bán dẫn rất mỏng để sử dụng ánh sáng hữu hiệu, đồng thời vùng nghèo cũng phải đủ rộng để sự hấp thụ ở đó là cực đại. Photodiot hoạt động theo hai chế độ quang dẫn và quang thế. 5.2.3 Phototranzito Phototranzito là tranzito silic loại NPN trong đó vùng bazơ có thể được chiếu sáng. Khi không có điện áp đặt trên bazơ chỉ có điện áp trên C, chuyển tiếp B - C phân cực ngược. Điện áp đặt vào tập trung hầu như toàn bộ lên chuyển tiếp B - C, trong khi đó sự chênh lệch điện thế giữa E và B không đáng kể = 0.6 - 0,7 V. Khi chuyển tiếp B-C được chiếu sáng, sẽ hoạt động giống photodiode ở chế độ quang dẫn với dòng điện ngược =+. Trong đó là dòng điện ngược trong tối, là dòng quang điện khi có quang thông chiếu qua bề dày X. Dòng đóng vai trò dòng bazơ, nó gây nên dòng colectơ =(+1) . là hệ số khuếch đại dòng khi emitơ nối chung. Có thể coi phototranzito như tổ hợp của một photodiot và một tranzito. photodiot cung cấp dòng quang điện tại bazơ, còn tranzito cho hiệu ứng khuếch đại . Các điện tử và lỗ trống phát sinh trong vùng bazơ dưới tác dụng của ánh sáng sẽ bị phân chia dưới tác dụng của điện trường trên chuyển tiếp B-C. Trong kỹ thuật cảm biến quang điện thường được sử dụng như một khoá chuyển mạch đóng cắt mạch điện khi có mặt hoặc không có mặt đối tượng cần phát hiện. Tuy nhiên cảm biến quang điện chỉ được sử dụng để phát hiện vật thể trong phạm vi nhỏ, dễ bị nhiễu bởi các nguồn sáng khác. 5.3 Phương pháp phát hiện vật thể bằng nhận dạng hình ảnh Các cơ thể sống được thiên nhiên ban tặng cơ quan thị giác vô cùng tinh tế. Muông thú, các loài chim và côn trùng có cặp mắt rất tinh tế để kiếm mồi. Việc nhận dạng dựa trên rất nhiều yếu tố như hình dáng, kích thước, màu sắc hay những đặc điểm có tính chất đặc trưng. Ngày nay chúng ta đã có thể chế tạo ra những hệ thống nhận dạng nhân tạo tuy nhiên chưa thể so sánh được thị giác và khả năng xử lý của bộ não con người. Trong mục này sẽ giới thiệu hệ thống nhận dạng hình ảnh bằng phương tiện camera thông dụng phối hợp với kỹ thuật phân tích, nhận dạng hình ảnh nhằm tạo nên hệ thống cảm biến hình ảnh dễ sử dụng cho quá trình phát hiện vật thể. Nguyên lý cảm nhận hình ảnh: Khi ánh sáng đập vào bề mặt một vật thì một phần ánh sáng bị phản xạ, một phần bề mặt bị hấp thụ hoặc truyền dẫn vào vật. Tỷ lệ các bước sóng ánh sáng phản xạ phụ thuộc vào góc tới, đặc tính lý hoá của bề mặt và sự phân cực ánh sáng. Do vậy phân bố phổ ánh sáng phản xạ cho ta thông tin về đặc tính lý hoá của bề mặt. Đương nhiên đối mắt người chỉ cảm nhận được bước sóng nằm trong khoảng 380 nm đến 780 nm. Có nhiều kỹ thuật khác nhau để khai thác thông tin của tín hiệu phản xạ: - Kỹ thuật phân tích phổ dùng máy phân tích phổ để đánh giá tính chất của bề mặt chiếu sáng. - Kỹ thuật phổ ảnh quan tâm đến đặc tính hoá học của từng miền ánh sáng xuyên qua. Hệ thống cảm nhận hình ảnh bao gồm: camera, nguốn sáng chiếu sáng đối tượng, máy tính được tích hợp phần mềm thông minh và kết nối với các thành phần khác của hệ thống. Đối tượng quan sát được chiếu sáng và tụ tiêu vào camera và truyền đến máy tính. Camera thu loại thông dụng cảm nhận tín hiệu ba màu cơ bản: R (Red- màu đỏ, bước sóng 700nm), G (Green- màu xanh lá cây, bước sóng 546nm) và B (Blue- màu xanh da trời, bước sóng 436nm). Một số camera sử dụng bộ lọc màu để phân tích các màu R, B, G rồi mới đưa vào máy tính xử lý. Tính ổn định của là đặc tính quan trọng của camera. Độ nhạy và đáp ứng phổ của silicon thay đổi theo nhiệt độ nên vị trí đặt camera cần có điều hoà nhiệt độ. Nguồn sáng sử dụng là ánh sáng mặt trời, nếu trong môi trường không có ánh sáng mặt trời thì dùng đèn sợi đốt với diện tích hẹp và đèn huỳnh quang cho vùng chiếu sáng rộng. Máy tính sau khi nhận được tín hiệu hình ảnh từ camera sẽ phân tích và nhận dạng hình ảnh bằng phần mềm. Ngày nay với sự phát triển của trí tuệ nhân tạo và mạng nơron thì hệ thống nhận dạng hình ảnh càng chính xác, đáp ứng nhanh hơn. Tuy nhiên phương pháp phát hiện vật thể bằng nhận dạng hình ảnh không được sử dụng nhiều trong thực tiễn do thiếu sự tin cậy, phức tạp và chi phí cao. 5.4 Cảm biến tiếp cận Cảm biến tiếp cận được sử dụng để sự có mặt hoặc không có mặt của đối tượng bằng kỹ thuật cảm biến không có tiếp xúc cơ học. Các cảm biến tiếp cạn sử dụng nguyên lý thay đổi điện cảm hay thay đổi điện dung của phần tử mạch điện khi có mặt hoặc không có mặt đối tượng, có cấu trúc tương đối đơn giản, không đòi hỏi tiếp xúc cơ học nhưng tầm hoạt động hạn chế với khỏng cách tối đa 100 nm. Các kỹ thuật tiếp cận dựa trên nguyên lý vi sóng và quang học có tầm hoạt động lớn và được sử dụng rộng rãi trong thực tế. 5.4.1 Cảm biến tiếp cận điện cảm Một bộ cảm biến tiếp cận điện cảm gồm bốn khối chính: cuộn dây và lõi ferit, mạch dao động, mạch phát hiện, mạch đầu ra. Mạch dao động phát dao động điện từ công suất radio. Từ trường biến thiên tập trung từ lõi sắt sẽ móc vòng với đối tượng kim loại đặt đối diện với nó. Khi đối tượng lại gần sẽ có dòng điện Foucault cảm ứng trên mặt đối tượng tạo nên một tải làm giảm biên độ tín hiệu dao động. Bộ phát hiện sẽ sự thay đổi trạng thái biên độ mạch dao động. Khi mục tiêu rời khỏi trường của bộ cảm biến, biên độ mạch dao động tăng lên trên giá trị ngưỡng và bộ phát hiện trở về vị trí bình thường. Phạm vi của cảm biến tiếp cận điện cảm liên quan đến khoảng cách giữa bề mặt cảm biến và đối tượng, liên quan đến hình dáng của lõi và dây quấn. 5.4.2 Cảm biến tiếp cận điện dung Trong cảm biến tiếp cận điện dung, sự có mặt của đối tượng làm thay đối điện dung C của các bản cực. Cảm biến tiếp cận điện dung cũng gồm bốn bộ phận chính là cuộn dây và lõi ferit, mạch dao động, mạch phát hiện, mạch đầu ra. Tuy nhiên cảm biến tiếp cận điện dung không đòi hỏi đối tượng là kim loại. Đối tượng phát hiện có thể là chất lỏng, vật liệu phi kim loại; thuỷ tinh, nhựa. Tốc độ chuyển mạch tương đối nhanh, có thể phát hiện đối tượng có kích thước nhỏ, phạm vi cảm nhận lớn. Hạn chế yếu của cảm biến điện dung là chịu ảnh hưởng của độ ẩm và bụi. Cảm biến tiếp cận điện dung có vùng cảm nhận lớn hơn vùng cảm nhận của cảm biến tiếp cận điện cảm. Để có thể bù ảnh hưởng của môi trường và đối tượng, cảm biến tiếp cận điện dung thường có một chiết áp điều chỉnh. 5.4.3 Cảm biến tiếp cận quang học Các cảm biến quang học sử dụng nguồn sáng và cảm biến quang. Đối tượng cần phát hiện sẽ cắt chùm tia sáng làm cảm biến tác động. Người ta thường bố trí cảm biến quang học như dưới đây. a. Cảm biến đặt đối diện với nguồn phát Đối tượng cần phát hiện sẽ cắt chùm tia. Ưu điểm của cách bố trí này là: - Cự ly cảm nhận xa. - Có khả năng thu được tín hiệu mạnh. - Tỷ số tương phản sáng/tối lớn nhất. - Đối tượng phát hiện có thể lặp lại. Hạn chế của cách bố trí này là: - Đòi hỏi dây nối qua vùng phát hiện giữa nguồn sáng và cảm biến - Khó chỉnh thẳng hàng giữa cảm biến và nguồn sáng. - Nếu đối tượng có kích thước nhỏ hơn đường kính hiệu dụng của chùm tia cần có thấu kính để thu hẹp chùm tia. Cảm biến + Đối tượng b. Cảm biến đặt cùng phía với nguồn phát sáng Trong cánh bố trí này, ánh sáng đập vào mặt phản xạ trở về mặt cảm biến.Vì hành trình của tia sáng theo cả hai chiều đi và về nên cự ly cảm nhận thấp hơn so với phương pháp đặt đối diện, nhưng không cần dây nối qua khu vực cảm nhận. Hạn chế chính của cách bố trí này là nguồn sáng khác chiếu vào mặt phản xạ có thể gây tác động sai. Cảm biến Nguồn sáng Gương phản xạ Cảm biến Nguồn sáng Gương phản xạ Vật thể c. Phát hiện đối tượng nhờ ánh sáng phản chiếu khuếch tán Nguồn sáng và bộ cảm biến đặt cùng phía nhưng ở đây đối tượng đóng vai trò gương phản chiếu. Trong trường hợp này đối tượng đặt khá gần nguồn sáng. Cảm biến Nguồn sáng Cảm biến Nguồn sáng Vật thể Khi có vật thể trong vùng hoạt động, cảm biến sẽ thu được ánh sáng phản xạ từ vật thể. Với những đặc điểm trên, cảm biến tiếp cận chỉ được sử dụng để phát hiện vật thể trong phạm vi nhỏ, dễ bị nhiễu bởi các nguồn sáng khác. 5.5 Cảm biến hồng ngoại Hồng ngoại có bản chất là sóng điện từ nằm ngoài vùng ánh sáng nhìn thấy, có bước sóng lớn hơn bước sáng của tia đỏ (> 760 m). Sóng hồng ngoại được tạo ra dễ dàng bằng cách tạo dao động cho diode phát hồng ngoại chuyên dụng. Do đó hồng ngoại được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực. Tia hồng ngoại với bản chất sóng điện từ nên có thể phản xạ khi gặp bề mặt vật thể. Ta có thể ứng dụng đặc điểm này để phát hiện vật thể. Trong mạch phát hiện vật thể hoạt động trên nguyên lý thu phát hồng ngoại ta bố trí các diode phát và sensor thu hồng ngoại thành từng cặp theo một số cách sau: a. Bố trí cạnh nhau: Trong cách bố trí này tia hồng ngoại từ diode phát khi gặp bề mặt vật cản sẽ phản xạ ngược trở lại. Do sensor thu được đặt cạnh diode phát nên sẽ thu được tín hiệu phản xạ này. b. Bố trí đối diện : ở cách bố trí này, khi không có vật chắn tia hồng ngoại từ diode phát luôn tới được sensor thu, khi có vật chắn tia hồng ngoại sẽ không đi thẳng mà phản xạ trở lại do đó không tới được sensor thu. Ngoài ra hồng ngoại còn được sử dụng để truyền tin không dây do có khả năng chống nhiễu tốt hơn ánh sáng thông thường do đó có thể mang thông tin mã hóa. Thiết bị thu phát hồng ngoại lại khá đơn giản, gọn nhẹ, giá thành rẻ. Với những ưu điểm trên hồng ngoại được lựa chọn như một giải pháp tối ưu trong việc thiết kế mạch phát hiện vật thể cho cửa tự động. Chương 6: giới thiệu về encorder Hình6.1: Encorder dùng trong mô hình cửa tự động 6.1. Khái niệm: Nhiệm vụ của Encoder là đo lường dịch chuyển thẳng hoặc góc đồng thời chuyển đổi góc hoặc vị trí thẳng thành tín hiệu nhị phân và nhờ tín hiệu này có thể xác định được vị trí trục hoặc của một cơ cấu chuyển động bất kì. Tín hiệu ra của Encoder cho dưới dạng số. Encoder được sử dụng chủ yếu trong các máy CNC và robot dùng làm phần tử chuyển đổi tín hiệu phản hồi. Hình 6.1. Encoder kiểu quay Tùy thuộc vào chuyển động của Encoder mà ta có hai kiểu Encoder thẳng và Encoder quay. Nguyên lý hoạt động hoàn toàn giống nhau nhưng Encoder thẳng có điểm khác cơ bản với Encoder kiểu quay là chiều dài của Encoder thẳng phải bằng tổng chuyển động tương ứng có nghĩa là chiều dài cần đo phải bằng chiều dài thước. Encoder quay chỉ là một đĩa nhỏ và kích thước của của Encoder không phụ thuộc vào khoảng cách đo, do đó kích thước của nó nhỏ gọn hơn so với loại thẳng. Encoder quay có thể dùng để đo cả hai thông số dịch chuyển và tốc độ. Trong máy công cụ điều khiển số, chuyển động của bàn máy được dẫn động từ một động cơ(động cơ bước, động cơ xoay chiều hoặc động cơ một chiều) qua vít me, đai ốc bi tới bàn máy. Có thể xác định nhờ Encoder lắp trong cụm truyền dẫn. 6.2. Các loại Encoder: Encoder được chia làm hai loại 6.2.1. Encoder tuyệt đối Encoder tuyệt đối kết cấu gồm các phần sau: nguồn sáng, đĩa mã hóa và các phodetetor. Đĩa mã hóa được chế tạo từ vật liệu trong suốt. Mặt đĩa được chia thành các góc đều nhau và các đường tròn đồng tâm và bán kính giới hạn các góc hình thành các phân tố diện tích. Tập hợp các phân tố diện tích cùng giới hạn bởi hai vòng tròn đồng tâm gọi là giải băng. Số giả băng trên đĩa tùy thuộc vào khả năng công nghệ. Công nghệ ngày nay cho phép chia đĩa mã hóa lớn nhất là dải. Trên các dải băng, các diện tích phân tố có phân tố để trong suốt(ánh sáng có thể xuyên qua được) và cũng có phân tố được phủ một lớp mà ánh sáng không thể xuyên qua được. Sự trong suốt và không trong suốt đặc trưng tính của các phân tố Hình 6.2. Đĩa quang Nguyên lý hoạt động của Encoder tuyệt đối: Đĩa mã hóa được lắp trên trục, đối diện qua đĩa mã hóa phía bên trái ta bố trí nguồn sáng( đèn LED), phía bên kia của đĩa bố trí các photosensor, khuếch đại và các trigger Smiths. Tương ứng với mỗi dải băng ta lắp nguồn sáng. Nguồn sáng và các photosensor được lắp cố định. Khi ánh sáng từ nguồn sáng chiếu tới đĩa mã hóa, nếu đối diện với tia sáng là diện tích phân tố trong suốt, ánh sáng xuyên qua đĩa tới photosensor làm xuất hiện dòng chạy qua photosensor. bị phủ lớp chắn sáng, ánh sáng không tới được photosensor và trong photosensor không có dòng điện chạy qua. Dòng ra của photosensor nhỏ, vì vậy ta đưa ra bộ khuếch đại, khuếch đại đủ lớn để đưa đến tầng tiếp theo. Do quá trình quay đĩa mã hóa, cường độ ánh sáng tăng từ nhỏ đến cực đại( tia sáng xuyên qua hoàn toàn) và tiếp theo giảm dần đến khi tia sáng bị chặn bởi dòng trong photosensor bằng không. Vì vậy để có xung ra là xung vuông ta cho tín hiệu qua mạch sửa dạng xung trigger Smiths. Gọi số góc trên đĩa là S và số dải là a, quan hệ giữa số góc và số giải biểu diễn theo công thức là S = 2a Trong đó a là số dương tuyệt đối 6.2.2. Encoder gia số: Encoder được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Encorder gia số có hai kiểu kiểu thẳng và kiểu quay. Encoder quay gồm có nguồn sáng( trong kết cấu này nguồn sáng là bóng đèn), thấu kính, đĩa thước cố định đĩa, đĩa phát xung, photosensor và mạch điện. Đĩa phát xung được làm bằng vật liệu trong suốt, trên có mộ hoặc hai dải băng( dải băng là tập hợp các vạch sáng tối có chiều dầy giống nhau). Một trong hai dải băng trên đĩa làm nhiệm vụ phát xung, dải băng còn lại để xác định góc không quy chiếu. Đĩa phát xung được lắp trên trục và chuyển động quay cùng trục. Đĩa thước( thước cố định) có xẻ bốn rãnh trên cùng một hàng, rãnh xẻ thứ năm bố trí trên hàng riêng và thước được có định trên vỏ cùng phía với photosensor Hình 6.3: Encoder gia số kiểu quay Tương ứng với năm rãnh cố định lắp năm photosensor, photosensor cũng được lắp cố định với Encoder. Thấu kính làm nhiệm vụ biến đổi đường đi của các tia sáng thành các tia sáng song song. Encoder gia số kiểu thẳng: Encoder gia số kiểu thẳng cũng có những thành phần cơ bản như Encoder gia số kiểu quay nhưng chỉ khác thước động là thước thẳng. Nguyên lý hoạt động của nó hoàn toàn giống Encoder gia số kiểu quay. Hình 6.4: Encoder kiểu thẳng. So sánh Encoder gia số và Encoder tuyệt đối: Encoder gia số có ưu điểm sau: Đơng giản và rẻ tiền Không cần mạch giải mã và không cần bộ đếm Giải đo chỉ giới hạn đặc tính của bộ đếm Tốc độ có thể chọn ở bất kì điểm nào Nhược điểm Không đo được vị trí tuyệt đối do sự thay đổi gia số Rất nhạy cảm với các tín hiệu bên ngoài Ngắt nguồn điện sẽ làm mất gốc ), muốn đo được phải xác định lại Encoder xung: Hình 6.5: Encoder xung Nguyên lý làm việc của Encoder xung Sử dụng Encoder xung làm cảm biến vị trí: Sơ đồ ứng dụng Encoder xung giao tiếp với điều khiển: Ưu điểm: Đầu ra dạng xung nên trong các hệ thống điều khiển không cần có bộ chuyển đổi ADC Dễ sử dụng. Nhược điểm: Giá thành cao Phải có thêm mạch giải mã và đếm chương 7 : chế tạo lắp ráp mô hình cửa tự động 7.1. 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 trượt có hai cánh , phía trên gối vào các con lăn, phía dưới trượt theo một rãnh - cửa phải tự động mở khi có tín hiệu của cảm biến, và phải tự động đóng khi tín hiệu đó mất đi - Cửa thiết kế để có thể đóng mở 1 cách thông minh, khi cửa đang đóng mà có tín hiệu từ cảm biến thì cửa lại mở ra - 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,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 hợp với bộ đảo chiều cho phép động cơ có thể quay thuận hoặc quay ngược. 7.2. 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 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... 7.3 chế tạo a.phần cơ khí: phần này có các bộ phận sau: + khung cửa: khung cửa có chiều dài là 130 cm , chiều rộng phía dưới khoảng 50 cm, phía trên khoảng 25 cm,chiều cao khoảng 100 cm. Hình 7.1phần khung mô hình cửa tự động Mặt sàn được bọc bởi gỗ , phía trước được bọc bởi một lớp mica , phía sau và hai bên sườn được bao bọc bởi các tấn nhựa được ghép lại với nhau.phần hình hộp phía trên dùng để đặt động cơ , PLC,Encorder ... Toàn bộ khung được làm bằng sắt ống vuông nên rất chắc chắn + cánh cửa: hai cánh cửa được làm bằng thuỷ tinh có chiều rộng khoảng 30 cm, chiều cao khoảng 50cm . bên trên được gá con lăn trượt trên một thanh gỗ. Hình 7.2: hệ truyền động mô hình cửa tự động b. phần điều khiển Phần này gồm các thiết bị sau: +Động cơ : Động cơ sử dụng ở đây là động cơ điện một chiều không chổi than kích từ bằng nam châm vĩnh cửu có các thông số : Uđm = 24V Pđm = 40W Để đảo chiều và thay đổi tốc độ động cơ ta dùng mạch gồm 5 rơ le được mắc theo sơ đồ sau: Hình 7.3: Sơ đồ mạch đảo chiều và thay đổi tốc độ động cơ + Cảm biến : Cảm biến sử dụng ở đây là hai cảm biến hồng ngoại +Encorder: Encorder được sử dụng là encorder kiểu xung có điện áp đầu vào là 5V một chiều , xung đếm là khoảng 100 xung /vòng. +PLC : Để điều khiển chương trình đóng mở cửa tự động