thiết kế, chế tạo máy đóng gói mùn cưa trồng nấm linh chi

LỜI CAM ĐOAN “Thiết kế, chế tạo máy đóng gói mùn cưa trồng nấm Linh Chi” là một ý tưởng xuất phát từ nhu cầu thực tế của các cơ sở trồng nấm lớn nhỏ, của gia đình… cùng với niềm đam mê l

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY ĐÓNG GÓI MÙN CƯA TRỒNG NẤM LINH CHI

Sinh viên thực hiện: Cán bộ hướng dẫn:

KHOA CÔNG NGHỆ

CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

1 Cán bộ hướng dẫn: TS Nguyễn Chánh Nghiệm

2 Nội dung:

Cần Thơ, ngày 23 tháng 05 năm 2015

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CỦA CÁN BỘ HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN

1 Cán bộ phản biện: ThS Nguyễn Thanh Nhã

2 Nội dung:

Cần Thơ, ngày 23 tháng 05 năm 2015

CÁN BỘ HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN

1 Cán bộ phản biện: Ks Lưu Trọng Hiếu

2 Nội dung:

Cần Thơ, ngày 23 tháng 05 năm 2015

CÁN BỘ HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN

LỜI CAM ĐOAN

“Thiết kế, chế tạo máy đóng gói mùn cưa trồng nấm Linh Chi” là một ý tưởng xuất phát từ nhu cầu thực tế của các cơ sở trồng nấm lớn nhỏ, của gia đình… cùng với niềm đam mê lĩnh vực tự động Vì vậy nhóm chúng em đã chọn đề tài này để làm luận văn tốt nghiệp

Trong quá trình thực hiện đề tài, có thể còn nhiều thiếu sót do kiến thức còn hạn chế, nhưng những nội dung trình bày trong quyển báo cáo này là những hiểu biết và thành quả của chúng em đạt được trong quá trình học tập, làm việc và được sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Chánh Nghiệm và thầy Trần Nhựt Thanh

Chúng em xin cam đoan rằng: Những nội dung trình bày trong quyển báo cáo luận văn tốt nghiệp này không phải là bản sao chép từ bất kỳ công trình nào đã có trước đây Nếu không đúng sự thật, chúng em xin chịu mọi trách nhiệm trước nhà trường

Cần Thơ, ngày 01 tháng 06 năm 2015 Nhóm sinh viên thực hiện

1 Hoàng Quang Nhật

2 Nguyễn Chí Nguyện

3 Lâm Quốc Hùng

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, nhóm xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc đến các đấng sinh thành Những người

đã có công nuôi dưỡng, dạy dỗ và lo lắng về mặt vật chất cũng như tinh thần để các thành viên trong nhóm có được như ngày hôm nay

Nhóm xin chân thành cảm ơn thầy Trần Nhựt Thanh và thầy Nguyễn Chánh Nghiệm Hai thầy đã tận tình hướng dẫn và luôn theo sát nhóm trong suốt thời gian thực hiện đề tài Sự quan tâm của các thầy là nguồn động lực lớn giúp nhóm vượt qua những khó khăn để hoàn thành tốt đề tài

Nhóm xin gởi lời cảm ơn đến Ban chủ nhiệm bộ môn Tự động hóa và thầy Võ Minh Trí vì đã tạo điều kiện thuận lợi cho Nhóm về nơi nghiên cứu và các trang thiết bị gia công cơ khí

Nhóm gửi lời cám ơn đến hội đồng phản biện Cám ơn hội đồng đã chỉ ra những ưu và khuyết điểm của đề tài Qua đó giúp nhóm khắc phục, phát triển và hoàn thiện đề tài Nhóm xin chân thành cảm ơn gia đình bạn Hoàng Quang Nhật đã tạo nơi nghiên cứu

và làm việc cũng như gia công cơ khí trong quá trình lúc đầu làm luận văn tốt nghiệp Nhóm chân thành cảm ơn Ban giám hiệu nhà trường cùng toàn thể quý thầy quý cô đã tận tình dạy dỗ chúng tôi trong suốt thời gian qua

Và cuối cùng, nhóm gởi lời cảm ơn đến mỗi thành viên trong nhóm vì sự nỗ lực làm việc hết mình và cảm ơn tất cả những người bạn đã cổ vũ tinh thần giúp nhóm có được thành quả như ngày hôm nay

Cần thơ, ngày 01 tháng 06 năm 2015

Thực hiện đề tài

1 Hoàng Quang Nhật

2 Nguyễn Chí Nguyện

3 Lâm Quốc Hùng

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH v DANH MỤC BIỂU BẢNG _ vii

KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT viii TÓM TẮT _ 1 ABSTRACT 2 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 3

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ _ 3 1.2 LỊCH SỬ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ _ 5 1.3 MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI ĐỀ TÀI 5 1.4 HƯỚNG GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 5 1.5 CẤU TRÚC BÀI BÁO CÁO 6

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT _ 7

2.1 ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC _ 7 2.2 ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC _ 9 2.3 TỔNG QUAN VỀ PLC CPM2A CỦA OMRON _ 12

2.3.1 Giới thiệu về PLC _ 12 2.3.2 Cấu tạo 13 2.3.3 Cách nối dây _ 16

2.4 TỔNG QUAN VỀ BIẾN TẦN 3G3MX2 A2022 _ 19

2.4.1 Khái niệm chung 19 2.4.2 Nguyên lý hoạt động _ 20 2.4.3 Cấu tạo của biến tần 3G3MX2 A2022 _ 21 2.4.4 Cách nối dây _ 24

2.5 TỔNG QUAN VỀ VAN KHÍ NÉN VÀ XY LANH _ 26

2.5.1 Van khí nén 26 2.5.2 Xy lanh khí nén _ 27 2.5.3 Ưu điểm nhược điểm của hệ thống truyền động bằng khí nén _ 29CHƯƠNG 3 NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU _ 30

3.1 KẾT CẤU CƠ KHÍ CỦA HỆ THỐNG _ 30

3.1.1 Mô đun chứa và cung cấp nguyên liệu _ 30 3.1.2 Mô đun phun dinh dưỡng _ 31 3.1.3 Mô đun trộn nguyên liệu 32

3.1.4 Mô đun định lượng 33 3.1.5 Mô đun cánh tay robot 34 3.1.6 Mô đun tay mở miệng bịch 36 3.1.7 Mô đun căng giữ bịch và nén 37 3.1.8 Mô đun tạo lỗ _ 39 3.1.9 Mô đun hoàn chỉnh 40

3.2 LẬP TRÌNH PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN _ 42

3.2.1 Lưu đồ giải thuật chương trình tổng quát _ 42 3.2.2 Lưu đồ chương trình con 43 3.2.3 Kết quả nghiên cứu 52 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ _ 55

CHƯƠNG TRÌNH PLC CỦA MÔ ĐUN ĐỊNH LƯỢNG – NÉN: 75 CHƯƠNG TRÌNH PLC CỦA MÔ ĐUN ĐỊNH CÁNH TAY LẤY VÀ GIỮ BỊCH: 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO 82

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý mô đun điều khiển động cơ DC 7 Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý Mô đun điều khiển tốc độ động cơ DC _ 10 Hình 2.3: PLC CPM2A của hãng OMRON _ 12

Hình 2.4: Sơ đồ cấu trúc của PLC 13 Hình 2.5: Các chi tiết cấu thành của CPM2A-20CDR-A 14

Hình 2.6: Nối dây điện nguồn vào CPM2A-20CDR-A 16 Hình 2.7: Nối các thiết bị đầu vào với CPM2A-20CDR-A _ 17

Hình 2.8: Nối các thiết bị ngõ ra với CPM2A-20CDR-A 18

Hình 2.9: Nối cáp XW2-00S với máy tính 19 Hình 2.10: Biến tần 3G3MX2-A2022 _ 20

Hình 2.11: Sơ đồ tổng quát hoạt động của biến tần 21

Hình 2.12: Các thành phần bên trong biến tần 3G3MX2A2022 _ 21

Hình 2.13:Các nút chỉnh chế độ hoạt động _ 22 Hình 2.14: Cách đấu dây biến tần với động cơ 24 Hình 2.15: Van khí nén điện từ 26 Hình 2.16: Các cửa của van khí nén 5/2 _ 27

Hình 2.17: Xy lanh khí nén _ 28

Hình 2.18: Cấu tạo xy lanh khí nén _ 28

Hình 3.1: Mô đun truyền tải nguyên liệu _ 30 Hình 3.2: Mô đun phun dinh dưỡng _ 31 Hình 3.3: Mô đun chức năng trộn nguyên liệu 32 Hình 3.4: Mô đun chức năng định lượng _ 33 Hình 3.5: Mô đun cánh tay robot _ 34

Hình 3.6: Mô đun tay mở miệng bịch _ 36

Hình 3.7: Mô đun căng giữ bịch và nén 38

Hình 3.8: Mô đun tạo lỗ 39 Hình 3.9: Mô đun hoàn chỉnh _ 41 Hình 3.10: Lưu đồ tổng quát 42 Hình 3.11: Lưu đồ khâu trộn dinh dưỡng 43 Hình 3.12: Lưu đồ Mô đun định lượng 45

Hình 3.13: Lưu đồ cánh tay robot 48 Hình 3.14: Lưu đồ Mô đun nén 50 Hình 3.15: Lưu đồ Mô đun tạo lỗ 52 Hình 3.16: Ảnh thực tế của máy đóng gói mùn cưa trồng nấm linh chi _ 53

Hình 3.17: Ảnh thực tế sản phẩm của máy đóng gói mùn cưa trồng nấm linh chi _ 54 Hình 3.18: Opto PC817 _ 56 Hình 3 19: IC LM7812 56 Hình 3.20: IC LM7805 57 Hình 3.21 IC LMD18200 57 Hình 3.22: Relay AZ942-1CT-24DE và cấu tạo _ 59 Hình 3.23: Cảm biến khoảng cách E3F-DS30C4 60 Hình 3.24: IC 555 60 Hình 3.25: MOSFET IRF540 61 Hình 3.26: Nguồn 24V 15A _ 62

Hình 3.27: Mạch nguồn 12V 10A 63

DANH MỤC BIỂU BẢNG

Bảng 1: Các loại PLC CPM2A 14 Bảng 2 : Các đèn báo hiệu chế độ làm việc của PLC _ 16 Bảng 3: Cách nối các thiết bị đầu vào khác nhau của CPM2A-20CDR-A _ 17 Bảng 4: Mô tả các thành phần bên trong của biến tần 3G3MXA2022 22 Bảng 5: Mô tả chức năng của các nút chỉnh chế độ 23 Bảng 6: Mô tả cách nối dây vào/ra của biến tần _ 24 Bảng 7: Sai số của hệ thống định lương (mức chuẩn: 750gr) _ 52 Bảng 8: số liệu của Mô đun định lượng - nén _ 72 Bảng 9: Số liệu của Mô đun cánh tay lấy và giữ bịch _ 74

IC: Intergated Circuit

IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor

PLC: Programmable Logic Controller

PWM: Pulse Width Modulation.

TÓM TẮT

Hiện nay, hình thức trồng nấm Linh Chi ở một số địa phương đang ngày một phát triển, do đó nhu cầu về số lượng phôi nấm ngày càng tăng Tuy nhiên hình thức sản xuất ra phôi nấm vẫn còn thủ công, các công đoạn đóng gói mùn cưa mất thời gian và yêu cầu độ chính xác như: xác định độ ẩm, độ dinh dưỡng và mức độ sạch của phôi nấm Xuất phát từ những vấn đề đó, cũng như là từ nhu cầu của nơi sản xuất, nhóm đã quyết định thiết kế máy đóng gói mùn cưa tự động Sau bốn tháng tìm hiểu, nghiên cứu, gia công, mô hình máy sản xuất đóng gói mùn cưa tự động đã được thiết kế và chế tạo thử nghiệm Mô hình này đã sử dụng PLC CPM2A-20CDRA, biến tần 3G3MX A2022 của hãng Omron để điều khiển các chi tiết và điều chỉnh tốc độ động cơ Mô đun trộn; Cảm biến khoảng cách E3F-DS30C4 dùng để phát hiện mùn cưa; Các công tắc hành trình dùng để tạo tín hiệu ngõ vào cho PLC Kết quả thử nghiệm cho thấy máy có thể tự vận hành trong việc trộn mùn cưa với dinh dưỡng, lấy bịch, mở miệng bịch, đưa mùn cưa vào bịch với độ chính xác cao và nén mùn cưa trong bịch lại Do đó máy đã

có thể đưa vào thực tế sản xuất góp phần cải thiện năng suất nhờ có thể tự động hóa khâu đầu tiên với năng suất 2880 phôi/8h/ngày Với những kết quả trên thì đây là bước đầu tự động hóa trong việc trồng nấm Linh Chi Để có thể tự động hóa hoàn toàn các khâu của hệ thống đóng gói mùn cưa tự động Thì cần phải được tiếp tục nghiên cứu và chế tạo

Từ khóa: Nấm Linh Chi, đóng gói, mùn cưa, trộn, nén

ABSTRACT

Nowadays, the cultivation of linh chi mushroom (Ganoderma) in some areas are evolving, therefore the demand of mushroom embryos has increased However, the manufacturing process for mushroom embryos has been handmade, the mushroom embryos packing stage takes a lot of time and requires accuracy such as: moisture, nutrition and degree of clean of mushroom embryos From these issues, as well as the demand of the producers, our group has decided to design the sawdust automatic packaging machine After four months of studying, researching, processing, the sawdust automatic packaging machine was designed and manufactured prototype This prototype used PLC CPM2A-20CDRA, inverter 3G3MX A2022 of OMRON company

to control speed of mix motor; Distance sensor EE3F-DS30C4 is used to detect sawdust; Limit switch is used to create input signal for PLC Test results showed that the machine can automatically operate in mixing the sawdust with the nutrition, taking and opening the pagkage, putting sawdust into package correctly and compressing it From now on, the machine is able to put into actual production and it contributes to productivity improvement that results from automating the first step with productivity:

3600 embryos/8h/day.This result is the first step into the automatic Ganoderma cultivation.To be able to completely automate the mushroom cultivation system, it is necessary to continue researching and creating

Keyword: Ganoderma, packed, sawdust, mixing, compressed

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Linh chi là một loại thảo dược có nhiều công dụng: tăng cường miễn dịch tự nhiên, viêm phế quản mãn tính, và các vi rút truyền nhiễm khác, nó được sử dụng như một loại thuốc ngủ tự nhiên, giúp lợi tiểu, nhuận tràng, và làm giảm cholesterol Ngoài ra nấm linh chi có chứa các hoạt chất chống oxy hóa và chất bảo vệ gan [1] Về kinh tế, nhu cầu thị trường ngày càng cao, giá bán từ 450.000 đồng đến 3 triệu đồng/kg Từ năm 2000 đến nay, lượng nấm linh chi tiêu thụ đạt mức tăng trưởng bình quân 20%/năm Trong khi đó, ước tính Việt Nam đang sản xuất được khoảng 300 tấn linh chi/năm Do trong nước không đủ đáp ứng, Việt Nam đang phải sử dụng nấm nhập từ Hàn Quốc, Trung Quốc [20] Tuy nhiên để sản xuất ra các bịch nấm để trồng phần lớn

sử dụng nhân công tiêu tốn chi phí, năng suất không cao, việc sử lý các vấn đề chất lượng chưa được chủ động khó khăn Từ các vấn đề trên, việc thiết kế chế tạo ra máy đóng gói mùn cưa trồng nấm Linh Chi được hình thành, nhằm tăng năng suất sản phẩm, giảm lượng chi phí nhân công được đặt ra, kiểm soát và chủ động chất lượng đầu ra Để có được các bịch nấm phải qua gia đoạn đóng gói mùn cưa Việc đóng gói mùn cưa bằng phương pháp thủ công gồm 6 công đoạn chính:

B1: Đưa mùn cưa vào bịch B2: Nén mùn cưa

B3: Túm và đưa cổ vào B4: Cố định cổ

B5: Tạo lỗ cấy meo B6: Đậy nắp Trong đề tài này có một số vấn đề cần giải quyết như: (1) Tham khảo tỉ lệ mùn cưa – dinh dưỡng từ nhà sản xuất, từ đó điều chỉnh sao cho hợp lí; (2) Xác định lượng mùn cưa đưa vào bịch phù hợp cho hình thức trồng nấm linh chi; (3) Việc tách miệng bịch, giữ bịch và nén yêu cầu độ chính xác; (4) Việc xác định độ sâu của nén để cho ra sản phẩm đạt chất lượng Hướng giải quyết vấn đề sẽ là: xác định lượng mùn cưa, lượng dinh dưỡng phù hợp cho hình thức trồng nấm linh chi; Tạo độ kết dính để lấy bịch sẽ dùng đầu hút, băng dính; Điều chỉnh độ nén sao cho phù hợp

1.2 LỊCH SỬ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

Trong quá trình tìm hiểu và nghiên cứu nhóm đã tìm thấy các cơ sở trong nước chế tạo máy đóng gói mùn cưa trồng nấm: Công Ty Cơ Khí Chế Tạo Máy – Tự Động Hóa Thanh Hoàng [2], Công Ty Vĩnh Hưng Group [3], Công Ty TNHN Cơ Khí An Thuận Phát [4] đãhế tạo thành công ra máy đóng gói mùn cưa trồng nấm bán phần gồm: Trộn đảo mùn cưa, đưa mùn cưa vào bịch Nhưng vẫn còn hạn chế là khâu lấy bịch, nén, tạo

lỗ, đưa cổ, đưa nắp vẫn còn là thủ công Còn về các cơ sở ngoài nước thì nhóm cũng đã tìm hiểu về một số sản phẩm của một số công ty như: Green Mountain Mushroom (Mỹ) [5], đặc điểm nổi bật của sản phẩm này là dùng khí để hút bịch và đưa mùn cưa vào; Công ty Oyster machinery (Trung Quốc) [6], sản phẩm của công ty này có hệ thống trộn nguyên liệu lớn Nhìn chung các khâu: lấy bịch, nén, tạo lỗ, đưa cổ, đưa nắp vẫn còn là thủ công như các cổ máy trong nước

1.3 MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI ĐỀ TÀI

 Mục tiêu của luận văn này là sẽ “thiết kế, chế tạo máy đóng gói mùn cưa trồng nấm Linh Chi” Mục tiêu hướng tới là tự động trộn nguyên liệu, định lượng được khối lượng mùn cưa cần thiết, lấy bịch, giữ bịch, nén một cách chính xác, tạo lỗ để cấy meo, túm và đưa cổ vào bịch

 Phạm vi đề tài là sử dụng biến tần điều khiển động cơ, dùng PLC để điều khiển đồng bộ các bộ phận, nghiên cứu các xy lanh khí nén, các van điện từ, van khí nén, các cơ cấu truyền tải, các cảm biến khoảng cách, các cơ cấu truyền động, các chương trình phần mềm phục vụ cho đề tài

1.4 HƯỚNG GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

 Khảo sát, tìm hiểu một số máy đóng gói tự động trong và ngoài nước

 Đánh giá các mô hình, từ đó chọn mô hình, các cơ cấu cơ khí phù hợp

 Thiết kế cơ khí

 Tìm hiểu và sử dụng PLC CPM2A của Omron, biến tần 3G3MX2 A2022 …

 Thiết kế phần cứng mạch điện tử để điều khiển

 Lập trình điều khiển (sử dụng trình biên dịch SYSWIN)

 Kiểm tra, vận hành thử nghiệm và hiệu chỉnh

1.5 CẤU TRÚC BÀI BÁO CÁO

Phần còn lại của bài báo cáo được trình bày như sau: Chương 2 cơ sở lý thuyết gồm: Điều khiển động cơ DC, điều khiển tốc độ động cơ DC, tổng quan về PLC CPM2A của Omron, tổng quan về biến tần 3G3MX2 của Omron, tổng quan về van khí nén và xy lanh; Chương 3 thiết kế hệ thống: Kết cấu cơ khí của hệ thống, lập trình phần mềm điều khiển, kết quả nghiên cứu; Kết luận và đề nghị: trình bày kết quả và hướng phát triển của đề tài trong tương lai

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC

Để điều khiển động cơ nhóm sử dụng mạch công suất nhận tín hiệu PWM từ mô đun điều khiển Từ tín hiệu này tạo dòng kích động cơ DC, mỗi mạch điều khiển một động cơ DC, đề tài này sử dụng năm mạch để điều khiển năm động cơ Sơ đồ nguyên lí như hình 2.1

Yêu cầu kĩ thuật:

 Chịu được dòng kích động cơ:

o Dòng liên tục khoảng 1A

o Dòng đỉnh khoảng 3A

 Mạch được bảo vệ trước dòng phóng từ các cuộn dây của động cơ khi động cơ được ON/Off

 Hoạt động tối đa ở tần số 10kHz

 Cách ly tín hiệu điện với mạch công suất

Sơ đồ nguyên lý:

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý mô đun điều khiển động cơ DC

Chú thích:

 POWER: Port cấp nguồn cho mạch, vừa là nguồn dành cho động cơ DC vừa là nguồn cấp cho IC7905 (U9)

 PWM: Port nhận tín hiệu PWM từ mạch điều khiển

 Dir: Port nhận tín hiệu Dir từ mạch điều khiển

 MOTOR: Port nối với hai chân của động cơ DC

 Opto PC817, Opto 6N137: Nhận tín hiệu từ mạch điều khiển để đưa vào

LMD18200 Tham khảo [11] để biết thêm về hai loại Opto này

 LMD18200: IC Driver Motor H-bridge một ngõ kênh Tham khảo [14] để biết thêm chi tiết về LMD18200 hoặc tham khảo Datasheet của IC

 LM7805: Cung cấp nguồn cho Opto

 C1-C8: Ổn định điện thế đầu ra cho IC, cũng như chống nhiễu tín hiệu đầu vào cho mạch

 Diode: Bảo vệ mạch trước dòng phóng ngược lại từ động cơ

 Zener 12V: Giúp hạ điện áp từ nguồn 24V xuống còn 12V, giúp điện thế cho IC

7805 được ổn định

Nguyên lý hoạt động:

 Mạch hoạt động dựa theo các trạng thái ngõ vào PWM và DIR:

o Yêu cầu là điều khiển quay thuận nghich, và quay hoặc ngưng quay động

cơ nên ta sẽ nối hai chân PWM- và Dir- của mạch vào GND của mạch điều khiển

o PWM=1, DIR=X: PWM=1 và PWM- lúc này được nối xuống GND nên Led D0 sẽ sáng, chân input của Opto 6N137 lên mức 1và chân Enable không kết nối nên chân PWM_IN ở mức 1 Nên LMD18200 không cho phép động cơ DC hoạt động

o PWM=0, DIR=0: PWM=0 thì chân PWM_IN sẽ ở mức 0, cho động cơ hoạt động theo chiều thuận

o PWM=0, DIR=1: PWM=0 thì chân PWM_IN sẽ ở mức 0, cho động cơ hoạt động Với chân DIR bằng 1 thì Opto sẽ dẫn nên chân DIR_IN sẽ được nối với 5V, nên LMD18200 sẽ cho động cơ hoạt động theo chiều nghịch

Thông số ráp mạch:

 Với điện thế kích là 3.3V

 Chọn dòng qua Led của các Opto là khoảng 13mA

 Giá trị điện trở R3 và R6 được tính như công thức (2.1):

2.2 ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC

Là mạch tạo ra PWM, xung này kích dẫn MOSFET ở mức áp cao, để cấp dòng cho động cơ DC quay Động cơ DC sẽ quay nhanh hay chậm tùy thuộc vào mực áp cao của xung là rộng hay hẹp

Sơ đồ nguyên lý:

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý Mô đun điều khiển tốc độ động cơ DC

Chú thích:

 Vin: Cấp nguồn vào cho mạch, nguồn từ 12v-18v

 MOTOR-OUT: Port nối với hai chân của động cơ DC

 IC 7812: Cấp nguồn cho IC555

 IC555: Dao động tạo xung PWM

 IRF540: Tầng công suất cho mạch điều khiển

 R1: Điều chỉnh tốc độ động cơ

 D1, D2: Tạo đường nạp, xả độc lập cho C1

 D3: Dập mức áp nghịch, phản hồi từ các cuộn cảm trong động cơ DC

Nguyên lý hoạt động:

 Chân 8, cấp nguồn Vcc, chân 4 đưa lên nguồn cho phép 555 hoạt động chân 1 nối GND, chân 5 có tụ nhỏ C2 để ổn định mức điện áp cho các mạch thành phần bên trong 555, có thể bỏ qua chân 5 nhưng không khuyến khích

 Chân 2 và 6 nối như mạch tạo dao động

 Khi cấp nguồn, tụ điện C1 chưa có điện, bắt đầu nạp điện, thời gian quá độ này xem như tụ ngắn mạch, chân trigger (2) ở mức thấp cho phép mạch hoạt động,

tụ C1 nạp điện qua D2

 Khi C1 được nạp điện đến 2/3Vcc, lúc này xem như tụ đầy điện và dừng nạp, tụ lúc này xem như hở mạch, chân 6 được kích hoạt , đầu ra chân 3 có điện

 C1 xả qua D1 và bên phải P1 Chân 3 xuống thấp Điện áp C1 xuống dưới

1/3vcc, bắt đầu chu kì mới

 D2 là diode xung đáp ứng được tần số cao.tụ C1 luôn được nạp bằng 1 phía của R1 và xả về phía bên kia nên tổng thời gian nạp xả luôn giống nhau Đây chính

Công thức (2.4), (2.5) tính toán lần lượt thời gian điện áp mức cao, mức thấp

Tm = 0,7x( R1+R2 )xC1 (Tm: thời gian điện mức cao) (2.4)

Ts = 0,7xR2xC1 (Ts : thời gian điện mức thấp) (2.5)

Các linh kiện trong mạch:

 PLC là từ viết tắt của Programable Logic Controller, đây là thiết bị điều khiển logic lập trình được, nó cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một số ngôn ngữ lập trình

 PLC có nhiều ưu điểm so với các thiết bị điều khiển khác (relay, mạch số, máy tính…) như: Tốc độ điều khiển nhanh, thiết kế và lắp đặt đơn giản, khả năng chống nhiễu cao, kích thước nhỏ gọn, dễ bảo trì…Vì vậy PLC được sử dụng khá phổ biến trong công nghệp và đời sống thực tế

 CPM2A là một trong những PLC của hãng OMRON (cùng với CPM1A, CPM2C, CQM1…), các PLC được tạo thành từ các Mô đun rời kết nối lại với nhau và có thể cho phép mở rộng dung lượng bộ nhớ và mở rộng các cổng vào/ra

2.3.2 Cấu tạo

 Các PLC thường có cấu trúc gồm: Bộ nguồn, CPU, bộ nhớ, các cổng vào/ra…

Hình 2.4: Sơ đồ cấu trúc của PLC [7]

 PLC CMP2A có nhiều loại, và được liệt kê như Bảng 1

 Trong đề tài này, nhóm đã sử dụng PLC CPM2A-20CDR-A

Bảng 1: Các loại PLC CPM2A [8]

 Các chi tiết cấu thành của CPM2A-20CDR-A:

Hình 2.5: Các chi tiết cấu thành của CPM2A-20CDR-A [8]

 Mô tả các chi tiết của CPM2A:

o 1 Nguồn cung cấp: Tùy loại PLC mà ta dùng nguồn 100-240 VAC hoặc

o 5 Các ngõ vào: Nối các thiết bị đầu vào với CPU

o 6 Các ngõ ra: Nối CPU với các thiết bị đầu ra

o 7 Các đèn báo hiệu chế độ của PLC: các đèn này cho ta biết chế độ làm việc hiện hành của PLC (bảng 2)

o 8 Các đèn hiển thị trạng thái ngõ vào: các đèn sẽ sáng khi ngõ vào ở trạng thái ON

o 9 Các đèn hiển thị trạng thái ngõ ra: các đèn sẽ sáng khi ngõ ra ở trạng thái ON

o 10 Cổng điều khiển tín hiệu Analog: được sử dụng khi tín hiệu ra hoặc vào là tín hiệu Analog, được lưu trữ vào vùng nhớ IR250 và IR251

o 11 Cổng ngoại vi: liên kết PLC với thiết bị lập trình (gồm các bàn phím lập trình), máy tính chủ, hoặc một thiết bị tiêu chuẩn bên ngoài

o 12 Cổng RS-232C: liên kết PLC với thiết bị lập trình (không gồm các bàn phím lập trình), máy tính chủ, hoặc một thiết bị tiêu chuẩn bên ngoài

o 13 Công tác truyền tin: cho phép ta chọn chế độ truyền tin qua cổng ngoại vi hoặc cổng RS-232C

o 14 Pin: pin này lưu lại bộ nhớ trong CPU

o 15 Phần nối mở rộng: nối CPU với một bộ mở rộng (bộ mở rộng vào/ra,

bộ mở rộng vào/ra analog, hoặc bộ kết nối vào ra CompoBus/S) Ta có thể nối vào CPU tối đa 3 bộ mở rộng

Bảng 2 : Các đèn báo hiệu chế độ làm việc của PLC [8]

(màu xanh)

ON PLC được chạy ở chế độ MONITOR hoặc RUN OFF PLC đang chạy ở chế độ PROGRAM hoặc có lỗi gây

dừng COMM

(màu vàng)

Đèn sáng Đang truyền dữ liệu qua cổng ngoại vi hoặc cổng

RS-232C OFF Không truyền dữ liệu qua cổng ngoại vi hoặc cổng RS-

232C ERR/ALARM

 Dây điện nguồn: Loại PLC trong đề tài này sử dụng nguồn từ 100-240VAC

Hình 2.6: Nối dây điện nguồn vào CPM2A-20CDR-A [8]

 Nối dây đầu vào: Nối các dây đầu vào như hình 2.7:

Hình 2.7: Nối các thiết bị đầu vào với CPM2A-20CDR-A [8]

 Các thiết bị đầu vào: Bảng 3 cho biết cách nối các thiết bị đầu vào khác nhau

Bảng 3: Cách nối các thiết bị đầu vào khác nhau của CPM2A-20CDR-A [1]

Đầu ra rờ le

NPN hở

collector

 Nối dây đầu ra: nối đầu ra với các thiết bị như hình 2.8 (đối với ngõ ra relay) :

Hình 2.8: Nối các thiết bị ngõ ra với CPM2A-20CDR-A [8]

 Kết nối với thiết bị lập trình

o Bộ CPU của PLC sẽ nối với máy tính chạy chương trình phần mềm hỗ trợ SYSWIN

 Kết nối cổng RS-232C

o Một máy tính cá nhân có thể nối với cổng RS-232C bằng cáp kết nối XW2-00S hoặc XW2-00S-V như hình 2.9

Hình 2.9: Nối cáp XW2-00S với máy tính [8]

 Phần mềm hỗ trợ: Trong đề tài này sử dụng phần mềm SYSWIN 3.4 (ngoài ra

còn có Cx-programmer)

2.4 TỔNG QUAN VỀ BIẾN TẦN 3G3MX2 A2022

2.4.1 Khái niệm chung

 Biến tần (Inverter, Variable Speed Drive-VSD) là thiết bị làm thay đổi tần số dòng điện đặt lên cuộn dây bên trong động cơ và thông qua đó có thể điều khiển tốc độ động cơ một cách vô cấp

 Trên thế giới hiện nay, biến tần được áp dụng rộng rãi trong công nghiệp Ngoài

ý nghĩa về mặt điều khiển, nó còn có nhiều chứng năng khác như khởi động mềm, phanh, đảo chiều, điều khiển thông minh…Trong đa số trường hợp, việc

sử dụng biến tần còn mang lại hiệu quả kinh tế (tiết kiệm điện)

 Biến tần được áp dụng nhiều với các loại động cơ có yêu cầu về thay đổi tốc độ như: Bơm, quạt, băng tải, thang máy…

 Hiện nay có rất nhiều hãng sản xuất biến tần, có nhiều loại khác nhau: loại 1 pha, 3 pha và có nhiều dải công suất khác nhau Và trong đề tài này sử dụng biến tần 3G3MX2-A2022 của hãng Omron

Hình 2.10: Biến tần 3G3MX2-A2022 [9]

2.4.2 Nguyên lý hoạt động

 Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều bằng phẳng Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện Điện đầu vào có thể là một pha hoặc ba pha, nhưng nó sẽ ở mức điện áp và tần số cố định Điện áp một chiều ở trên sẽ được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng Lúc bắt đầu, điện áp một chiều được tạo ra sẽ được trữ trong các tụ điện, điện áp một chiều này ở mức rất

cao

 Tiếp theo, thông qua trình tự kích hoạt thích hợp bộ biến đổi IGBT (IGBT là từ viết tắt của tranzitor lưỡng cực có cổng cách điện hoạt động giống như một công tắc bật và tắt cực nhanh để tạo dạng sóng đầu ra của biến tần) của biến tần sẽ tạo

ra một điện áp xoay chiều ba pha bằng phương pháp điều chế độ rộng xung

(PWM)

 Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho

động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ

- Sơ đồ hoạt dộng của biến tần được giới thiệu như hình 2.11

Hình 2.11: Sơ đồ tổng quát hoạt động của biến tần [9]

2.4.3 Cấu tạo của biến tần 3G3MX2 A2022

Hình 2.12: Các thành phần bên trong biến tần 3G3MX2A2022 [9]

 Cấu tạo của biến tần 3G3MX2 A2022 được thể hiện như hình 2.12, và các thành

phần bên trong của biến tần được mô ta ở bảng 4

Bảng 4: Mô tả các thành phần bên trong của biến tần 3G3MXA2022 [9]

 Các nút chỉnh chế độ:

o Các nút chỉnh chế độ và chức năng của chúng được mô ta lần lượt ở hình

2.13 và bảng 5

Hình 2.13:Các nút chỉnh chế độ hoạt động [9]

Bảng 5: Mô tả chức năng của các nút chỉnh chế độ [9]

2.4.4 Cách nối dây

Nối dây từ nguồn vào biến tần và từ biến tần ra động cơ như hình 2.14

Hình 2.14: Cách đấu dây biến tần với động cơ [9]

Bảng 6: Mô tả cách nối dây vào/ra của biến tần [9]

 Thông số kỹ thuật:

o Phương pháp điều khiển: Phase-to-phase điều rộng xung hình SIN (Sensorless vector control, close loop vector with động cơ feedback, V/F)

o Tần số ngõ ra: 0.1~400Hz (hoặc 1000Hz ở chế độ tần số cao)

o Cấp chính xác: ±0.01% ở tần số max (digital set); ±0.2% ở tần số max (analog set)

o Độ phân giải tần số đặt: Digital set value: 0.01Hz; Analogue set value: 1/1000 ở tần số max

o Độ phân giải tần số ngõ ra: 0.01Hz

o Momen khởi động: 200%/0.5Hz (sensorless vector control)

o Đặt tần số: 0 to 10 VDC (10KΩ), 4 to 20mA (100Ω), RS485 Modbus, Network

o Đặc tính V/F: Constant/ reduced torque, free V/f

o Ngõ vào analog: 2 ngõ vào 0 to 10V (10KΩ), 4 to 20mA (100Ω)

o Ngõ vào Pulse train: 0 to 10V (tối đa 24V), tần số đến 32KHz

o Bảo vệ quá dòng tức thời: 200% (tải hằng số)

o Khả năng quá tải: 150% trong 60s (tải hằng số); 120% trong 60s (tải biến thiên)

o Khả năng quá áp: 800V cho model 400V và 400V cho model 200V

o Khả năng thấp áp: 345V cho model 400V và 172.5V cho model 200V

o Thời gian tăng/giảm tốc: 0.01 ~ 3600s

o Sóng mang ngõ ra: 2~15kHz

o Truyền thông: RS422/RS485, Modbus, DeviceNet, Profibus, Componet, Ethercat, ML-II and CanOpe

2.5 TỔNG QUAN VỀ VAN KHÍ NÉN VÀ XY LANH

2.5.1 Van khí nén

2.5.1.1 Khái niệm

Van khí nén điện từ là thiết bị dùng để đóng, ngắt đảo chiều dòng khí nén (tác động bằng điện áp vào), thông qua đó mà thay đổi được hướng tác động của cơ cấu chấp hành khí nén

Hình 2.15: Van khí nén điện từ 2.5.1.2 Cấu tạo

Van 5/2 tác động bằng điện từ có cấu tạo gồm: cuôn solenoid, phần thân van và phần piston van, như hình 2.16

Hình 2.16: Các cửa của van khí nén 5/2 2.5.1.3 Nguyên lý hoạt động

 5 cửa làm việc:

o Cửa 1 (hay còn gọi là cửa P): cửa vào nối với nguồn khí nén

o Cửa 2 (hay còn gọi là cửa A): cửa ra khí nén nối với xy lanh

o Cửa 3 (hay còn gọi là cửa R): cửa xả khí không có đầu mối nối cho ống dẫn

o Cửa 4 (hay còn gọi là cửa B): cửa ra khí nén nối với xy lanh

o Cửa 5 (hay còn gọi là cửa S): cửa xả khí

 2 trạng thái làm việc:

o Khi chưa cấp nguồn vào cuộn dây 14, dưới tác dụng của lực lò xo van hoạt động ở vị trí bên phải, lúc đó cửa số 1 thông với cửa số 2 và cửa 4 thông với cửa 5, cửa số 3 bị chặn Khi ta cấp nguồn vào cuộn dây 14 van 5/2 đảo trạng thái làm cửa 1 thông với cửa 4, cửa 2 thông với cửa 3 và cửa 5 bị chặn

2.5.2 Xy lanh khí nén

2.5.2.1 Khái niệm

Xy lanh khí nén là thiết bị có nhiệm vụ biến đổi năng lượng khí nén thành năng lượng cơ học để có thể thực hiện chuyển động thẳng