Nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển cho thiết bị phân loại và gia công vật liệu ứng dụng cho phòng thí nghiệm điện tử công nghiệp tại trường cao đẳng công nghiệp sao đỏ

Là một giáo viên của Tr-ờng Cao Đẳng Công Nghiệp Sao Đỏ sau 2 năm tham gia nghiên cứu học tập cao học chuyên ngành Đo l-ờng và tin học công nghiệp – Tr-ờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội, nhận

Mục lục

1 Lý do lựa chọn đề tài 2

2 Mục tiêu nghiên cứu 3

3 Nội dung nghiên cứu 3

4 Phạm vi nghiên cứu 4

5 Đối t-ợng nghiên cứu 4

6 Ph-ơng pháp nghiên cứu 4

7 Cấu trúc của đề tài 5

Ch-ơng 1: module phân loại và gia công vật liệu trong đào tạo tại tr-ờng CĐCN Sao đỏ 6

1.1 hệ thống điều khiển tự động 6

1.2 module phân loại và gia công vật liệu 7

1.3 Giới thiệu về các module 9

1.3.1 Module vận chuyển sản phẩm 9

1.3.2 Module kiểm tra kích th-ớc 11

1.3.3 Module gia công cơ khí dạng khoan 12

Ch-ơng 2: Phân tích và thiết kế bộ điều khiển Module phân loại và gia công vật liệu 15

2.1 Sơ đồ khối bộ điều khiển cho module phân loại và gia công vật liệu.15 2.2 Thiết kế mạch điện 16

2.2.1 Khảo sát mạch điện trong các module 16

2.2.2 Linh kiện đc sử dụng trong các module thí nghiệm 19

2.2.3 Thiết kế bộ điều khiển 24

Ch-ơng 3: Thiết kế ch-ơng trình 38

3.1 L-u đồ thuật toán 38

3.1.1 L-u đồ điều khiển hệ thống vận chuyển dạng tay quay 38

3.1.2 L-u đồ điều khiển hệ thống đo, phân loại theo chiều cao 38

3.1.3 L-u đồ điều khiển hệ thống khoan 39

3.2 Ch-ơng trình điều khiển 40

3.2.1 Ch-ơng trình trên vi điều khiển 40

3.2.2 Ch-ơng trình điều khiển trên Visual Basic 6.0 41

3.3 Thực nghiệm, hiệu chỉnh hệ thống 41

3.3.1 Thực nghiệm 41

3.3.2 Hiệu chỉnh hệ thống 41

Kết luận và H-ớng phát triển 44

Tài liệu tham khảo 44

Phụ lục 45

1 Ch-ơng trình điều khiển 45

2 Ch-ơng trình hiển thị trên Visual Basic 61

Mở đầu

1 Lý do lựa chọn đề tài

Trong xu thế phát triển và hội nhập, đứng tr-ớc thách thức chung của nền giáo dục và đào tạo n-ớc nhà, tr-ờng Cao Đẳng Công Nghiệp Sao Đỏ trong những năm qua đã có những nỗ lực trong việc nâng cao chất l-ợng đào tạo với ph-ơng châm

‘‘đ¯o tạo những gì xã hội cần‛ Một trong những biện pháp để nâng cao chất l-ợng

đ¯o tạo để ‘‘Đ¯o tạo những gì xã hội cần‛ đó l¯ tăng cường cơ sở vật chất theo h-ớng sát với thực tế sản xuất: Các mô hình, các thiết bị thí nghiệm, thực hành đ-ợc

đầu t- mua sắm, sản xuất mô phỏng các dây chuyền sản xuất tự động trong thực tế, các thiết bị, mô hình này mô phỏng các dây chuyền sản xuất tự động điều khiển bằng PLC

Là một giáo viên của Tr-ờng Cao Đẳng Công Nghiệp Sao Đỏ sau 2 năm tham gia nghiên cứu học tập cao học chuyên ngành Đo l-ờng và tin học công nghiệp – Tr-ờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội, nhận thấy những mặt mạnh, tính linh hoạt của

vi điều khiển ứng dụng trong tự động hoá, nhất là ở những phạm vi ứng dụng nhỏ và vừa nên tôi lựa chọn đề t¯i ‚Nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển cho thiết bị phân loại

và gia công vật liệu – ứng dụng cho phòng thí nghiệm điện tử công nghiệp tại tr-ờng cao đẳng công nghiệp Sao Đỏ.‛ để làm luận văn tốt nghiệp cao học của mình

Đề tài sẽ giúp cho việc xây dựng các bộ điều khiển bằng vi điều khiển để linh hoạt thay thế các bộ PLC điều khiển các mô hình, thiết bị mô phỏng các dây chuyền sản xuất trong thực tế phục vụ công tác giảng dạy

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Nghiên cứu xây dựng mạch điện điều khiển bộ điều khiển cho thiết bị phân loại và gia công vật liệu – ứng dụng cho phòng thí nghiệm điện tử công nghiệp tại tr-ờng cao đẳng công nghiệp Sao Đỏ

- Nghiên cứu xây dựng phần mềm điều khiển thiết bị phân loại và gia công vật liệu – ứng dụng cho phòng thí nghiệm điện tử công nghiệp tại tr-ờng cao đẳng công nghiệp Sao Đỏ

- Thực nghiệm và hoàn thiện bộ điều khiển thiết bị phân loại và gia công vật liệu bằng vi điều khiển

3 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý làm việc của thiết bị phân loại và gia công vật liệu – ứng dụng cho phòng thí nghiệm điện tử công nghiệp tại tr-ờng cao đẳng công nghiệp Sao Đỏ

- Thiết kế mạch điện phần cứng, xây dựng phần mềm điều khiển và giám sát thiết thiết bị phân loại và gia công vật liệu – ứng dụng cho phòng thí nghiệm điện tử công nghiệp tại tr-ờng cao đẳng công nghiệp Sao Đỏ

- Lắp đặt, thực nghiệm, đánh giá hiệu quả và chất l-ợng hệ thống

5 Đối t-ợng nghiên cứu

- Lý thuyết về vi điều khiển

- Ph-ơng án thiết kế và lắp đặt, thực nghiệm và kiểm tra mô hình hệ thống phân loại và gia công vật liệu của tr-ờng CĐCN Sao đỏ

6 Ph-ơng pháp nghiên cứu

6.1 Ph-ơng pháp nghiên cứu tài liệu.

- Nghiên cứu tài liệu viết về quá trình tự động hóa và điều khiển bằng vi điều khiển để đ-a ra cơ sở lý thuyết về bộ điều khiển phân loại và gia công vật liệu

- Nghiên cứu các đề tài, các công trình khoa học về bộ điều khiển bằng vi điều khiển để rút kinh nghiệm và làm cơ sở phát triển đề tài

- Nghiên cứu lý thuyết về cách thiết kế, lập trình, lắp đặt bộ điều khiển bằng vi

điều khiển

6.2 Ph-ơng pháp thực nghiệm.

- Lắp đặt thực nghiệm hoàn chỉnh bộ điều khiển phân loại và gia công vật liệu

- Thực nghiệm kết nối, vận hành hệ thống, theo dõi và ghi lại thông tin, số liệu khi quan sát hệ thống điều khiển phân loại, gia công, đếm sản phẩm tự động, khi thay đổi các thông số kỹ thuật Kiểm tra, điều chỉnh các cơ sở dữ liệu lý thuyết rút

ra các kết luận về thông số kỹ thuật điều khiển hệ thống, đảm bảo nguyên tắc mang tính phổ biến để cho kết quả thực nghiệm đ-ợc khách quan

7 Cấu trúc của đề tài

Ch-ơng 1: module phân loại và gia công vật liệu

trong đào tạo tại tr-ờng CĐCN Sao đỏ 1.1 hệ thống điều khiển tự động

Sơ đồ cấu trúc của một hệ thống điều khiển tự động đ-ợc mô tả hình 1.1

Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc của một hệ thống điều khiển tự động

- Thông số môi tr-ờng: Bao gồm thông số điện và thông số phi điện Là các thông tin từ các tác động điều khiển gửi tới trung tâm điều khiển

- Thiết bị vào: Công tắc, nút bấm, cảm biến, bộ chuyển mức, mạch biến đổi v.v

- Hệ thống điều khiển: Trung tâm điều khiển các thiết bị điều khiển có thể là mạch điều khiển Rơle, hệ vi điều khiển, hệ vi xử lý hoặc PLC Chúng có chức năng nhận tín hiệu điều khiển từ các thiết bị vào, thực hiện các logic điều khiển và cấp tín hiệu điều khiển cho các cơ cấu chấp hành:

+ Tín hiệu đầu vào: Là các đại l-ợng vật lý qua các sensor tiếp điểm, sensor từ, sensor quang cho ta mức logic Ngoài ra còn có sensor cho ta tín hiệu t-ơng tự, tín hiệu ra là một dải điện áp

+ Xử lý tín hiệu vào là bộ phận phối hợp mức tín hiệu sao cho tín hiệu đa về có tính an toàn cao cho các khối xử lý tiếp theo

Hệ thống điều khiển

+ Thực hiện các thuật toán logic hay bộ điều khiển: Thực hiện quá trình thu thập

và xử lý tín hiệu, điều chỉnh tham số và công nghệ đa tín hiệu điều khiển khối công suất

+ Khối công suất:Để điều khiển cơ cấu chấp hành, đáp ứng đ-ợc yêu cầu đã đề

ra Hiện nay các hệ thống giao tiếp với cơ cấu chấp hành th-ờng sử dụng rơle, transistor công suất, IC công suất chuyên dụng trong giới hạn của đề tài đã sử dụng Transistor công suất kết hợp với rơle vừ có tính chất cách ly về điện và cung cấp đủ công suất cho cơ cấu chấp hành

- Cơ cấu chấp hành: Là các hệ thống truyền động, biến đổi tín hiệu điều khiển thành tác động điều khiển

- Tác nhân điều khiển: Là những yếu tố tác động trực tiếp hoặc gián tiếp đến các thông số môi tr-ờng

1.2 module phân loại và gia công vật liệu

Hiện tại trong phòng thí nghiệm điện tử công nghiệp của khoa Điện tử- Tin học tr-ờng Cao đẳng công nghiệp Sao Đỏ đ-ợc trang bị các module rời nh-: vận chuyển, phân loại, gia công, kiểm tra kích th-ớc để phục vụ cho công tác đào tạo ngành

Điện tử công nghiệp

Các module này có chuẩn điện áp phù hợp với các bộ điều khiển sử dụng vi điều khiển Mức logic ‚0‛=0V, mức logic ‚1‛=5V, trong các module đã có mạch chuyển ng-ỡng để có các mức logic đó Khi thực hiện thí nghiệm bài nào thì sử dụng các module đó

Với nội dung tìm hiểu, nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển cho 2 module phân loại và gia công vật liệu theo sơ đồ sau:

Hình 1.2 Sơ đồ tổng quan mô hình phân loại và gia công vật liệu

Module vận chuyển sản phẩm

Module kiểm tra kích th-ớc

Module gia công cơ khí dạng khoan

Nguyên lý hoạt động của hệ thống: phôi đ-a đến module kiểm tra kích th-ớc, nếu kích th-ớc của phôi đem kiểm tra lớn hơn hoặc nhỏ hơn kích th-ớc chuẩn 2mm thì phôi đó đ-ợc coi là phế phẩm và đ-ợc loại bỏ ở module kiểm tra kích th-ớc Nếu kích th-ớc chuẩn, phôi đó đ-ợc module vận chuyển đ-a tới module gia công cơ khí dạng khoan để gia công Sau khi gia công sản phẩm đ-ợc đ-a vào kho Tất cả các quá trình trên đ-ợc giám sát và điều khiển thông qua máy tính

Với quá trình hoạt động trên, học sinh, sinh viên sẽ hình dung đ-ợc quá trình hoạt động của một dây truyền sản xuất tự động Biết cách viết giải thuật, ch-ơng trình điều khiển cho một dây truyền sản xuất tự động trong thực tế

- Phôi: Module phân loại và gia công sản phẩm sử dụng mẫu chi tiết hình trụ tròn đ-ờng kính 20mm, chiều cao h= 20mm, sản phẩm có chiều cao v-ợt hoặc không đạt độ cao h = 20mm thì đ-ợc coi là phế phẩm

- Module vận chuyển sản phẩm: Sử dụng xi lanh khí và công tắc hành trình

- Module kiểm tra kích th-ớc: Sử dụng xi lanh khí và sensor cảm biến chiều cao

- Module gia công cơ khí dạng khoan: Là một thiết bị mô hình của hệ thống gia công cơ khí, module này sử dụng khí nén để điều khiển, các dẫn động là những xilanh, pittông, nhằm tạo ra những tác động đ-ợc cài đặt tr-ớc thông qua những van

điện và các van điện này đ-ợc điều khiển bởi tín hiệu điều khiển từ vi điều khiển Module gồm có các phần tử điều khiển nh-: van điện, khoan điện và sensor để thu tín hiệu từ module gia công về module điều khiển

- Hệ thống điều khiển: Có rất nhiều ph-ơng pháp để thực hiện điều khiển cho dây chuyền phân loại, đóng gói sản phẩm nh-: Sử dụng vi xử lý, vi điều khiển, điều khiển thông qua ghép nối máy tính và điều khiển bằng PLC Trong đề tài này lựa chọn điều khiển bằng vi điều khiển

- Máy tính: Giám sát và điều khiển quá trình hoạt động của hệ thống Giao tiếp

sử dụng chuẩn nối tiếp RS232, hiển thị quá trình kiểm tra đóng gói bằng Visual Basic

1.3 Giới thiệu về các module

1.3.1 Module vận chuyển sản phẩm

Là module kiểu tay gắp sử dụng khí nén để hút nhả vật, để vận chuyển vật từ vị trí này đến vị trí khác

Module gồm có các phần tử điều khiển nh-: van điện và sensor để thu tín hiệu

từ module vận chuyển về module điều khiển

Hình 1.3: Module vận chuyển sản phẩm

Module vận chuyển sản phẩm bao gồm:

1 Hộp điều khiển đầu vào và ra của module

1.3.1.1 Bảng địa chỉ vào ra của module vận chuyển sản phẩm

1 Điều khiển quá trình

2 Hạn vị quay

2 Điều khiển quá trình

3 Điều khiển quá trình

1.3.1.2 Nguyên lý làm việc của module

Khi có tín hiệu điều khiển đ-a vào O0 tay gắp của module sẽ quay về phía phải, tại đây hạn vị quay phải sẽ báo, ở đầu ra I0 sẽ có tín hiệu Lúc đó ta cấp tín hiệu hút vật vào đầu vào O2, khi vật đã đ-ợc hút cấp tín hiệu điều khiển vào đầu vào điều khiển O1 để tay gắp vận chuyển sản phẩm sang trái, khi sang đến nơi hạn vị quay trái sẽ báo ở đầu ra I1

1.3.2 Module kiÓm tra kÝch th-íc

Khi s¶n ph«i ®-a vµo module nµy, module sÏ thùc hiÖn kiÓm tra kÝch th-íc Ph«i ®em vµo ®o kÝch th-íc nÕu cã chiÒu cao sai lÖch trong kho¶ng 2mm sÏ ®-îc coi lµ phÕ phÈm

H×nh 1.4 : Module kiÓm tra kÝch th-íc

Module kiÓm tra kÝch th-íc gåm:

1 Hép ®iÒu khiÓn ®Çu vµo vµ ®Çu ra cña module

1.3.2.1 Bảng địa chỉ vào ra của module kiểm tra kích th-ớc

1.3.2.2 Nguyên lý làm việc của module

Khi có sản phẩm đặt vào khay để sản phẩm, cấp tín hiệu nâng phôi vào O0 Khi

đó sản phẩm sẽ đ-ợc nâng lên và đ-a vào đầu đo, trong quá trình nâng lên để đo phôi sẽ qua hạn vị báo vị trí phôi thành phẩm, phôi phế phẩm Khi quá trình đo thực hiện hạn vị báo đo sẽ đ-a tín hiệu ra ở đầu ra I1, kết quả của quá trình đo sẽ đ-ợc

đ-a ra ở đầu ra AL Sau đó ngừng tín hiệu nâng phôi và cấp tín hiệu hạ phôi vào chân O1, phôi đúng kích th-ớc sẽ đ-ợc dừng ở vị trí phôi thành phẩm, khi đó I1 báo, phôi sai kích th-ớc sẽ đ-ợc dừng ở ví trí phôi phê phẩm lúc đó I2 báo Với phôi phế phẩm sẽ có cơ cấu đẩy phôi vào kho phế phẩm nhờ tín hiệu điều khiển O2

1.3.3 Module gia công cơ khí dạng khoan

Khi ®-a ph«i vµo khay, module sÏ kÑp ph«i vµ gia c«ng d-íi d¹ng khoan Khi ph«i ®-îc gia c«ng sÏ ®-îc vËn chuyÓn tíi vÞ trÝ míi

H×nh 1.5 : Module gia c«ng c¬ khÝ d¹ng khoan

Module gia c«ng c¬ khÝ d¹ng khoan bao gåm:

1 Hép ®iÒu khiÓn

2 H¹n vÞ bªn trong cña khay kÑp ph«i

3 H¹n vÞ bªn ngoµi cña khay kÑp ph«i

1.3.3.2 Nguyên lý làm việc của module

Khi bắt đầu làm việc module điều khiển sẽ cấp tín hiệu điều khiển vào O0 đẩy khay ra ngoài, hạn vị ngoài của khay I1 sẽ báo Phôi đ-ợc đặt vào khay thì dừng tín hiệu đẩy khay O0 và cấp tín hiệu kéo khay vào trong ở đầu vào O1 Khi khay vào

đến bên trong I0 sẽ báo, quá trình gia công bắt đầu thực hiện Khoan đang ở vị trí hạn vị trên lúc này I2 báo, cấp tín hiệu điều khiển hạ khoan ở đầu vào O2 và khoan

ở O3 Khi khoan xong hạn vị d-ới I3 của khoan sẽ báo, quá trình khoan kết thúc Phôi lúc này đã đ-ợc gia công thành sản phẩm

Tín hiệu của sensor Địa chỉ Tín hiệu điều khiển

1.Sensor hạn vị

trong của khay

(8B00)

I0

1 Điều khiển van

đẩy khay ra ngoài (8Y00)

Ch-ơng 2: Phân tích và thiết kế bộ điều khiển Module

phân loại và gia công vật liệu 2.1 Sơ đồ khối bộ điều khiển cho module phân loại và gia công vật liệu

Các module trên đã thiết kế để có chuẩn điện áp đầu vào và đầu ra phù hợp với

bộ điều khiển sử dụng vi điều khiển Ngoài ra, bộ điều khiển sử dụng vi điều khiển còn tỏ ra linh động, mềm dẻo, rẻ tiền

Khi thiết kế bộ điều khiển sử dụng vi điều khiển, sẽ giúp cho học sinh sinh viên hiểu về cấu trúc phần cứng của mạch điện tử, mạch ghép nối…

Sơ đồ khối bộ điều khiển:

Hình 2.1: Sơ đồ khối bộ điều khiển

+) Máy tính: Thực hiện quản lý toàn bộ các hoạt động của hệ thống thông qua phần mềm điều khiển Truyền tín hiệu điều khiển xuống mạch điều khiển thông qua cổng COM và đồng thời cũng nhân các tín hiệu từ mạch điều khiển thông qua cổng COM

+) Bộ điều khiển: Gồm khối nguồn và khối điều khiển trung tâm

- Khối nguồn: Biến đổi điện áp xoay chiều 220v thành điện áp một chiều 5v và 12v cung cấp cho mạch điều khiển

- Khối điều khiển trung tâm: Nhận tín hiệu điều khiển từ máy tính để điều khiển trực tiếp các động cơ trong hệ thống, đồng thời nó truyền tín hiệu từ các sensor lên máy tính Quá trình truyền- nhận giữa máy tính và khối điều khiển đ-ợc thực hiện thông qua cổng COM của máy tính

+) Module thí nghiệm: gồm module gia công, vận chuyển, kiểm tra kích th-ớc

để thực hiện một số yêu cầu từ bộ điều khiển đ-a tới

Module thí nghiệm

Máy tính

Bộ

điều khiển

8.2K R5

8.2K R6

D6

8B00

+5v +5v

C R1

RESISTOR SIP 5

3 4 5 0

- Các cảm biến 8B00, 8B01, 8B02, 8B03, đ-ợc mắc với nguồn +24v

- D2, D3, D4, D5, là các diode zenner có nhiệm vụ ổn áp +5v mức tín hiệu từ cảm biến đ-a về

*Nguyên lý làm việc

Khi có cảm biến nhận tín hiệu thì nó sẽ dẫn cho dòng điện qua nó, qua điện trở 8.2k sau đó đ-ợc ổn áp trên diode zenner đ-ợc điện áp +5v để cấp ra cho module

điều khiển

2.2.1.2 Mạch công suất điều khiển van điện, động cơ khoan

- O0, O1, O2, O3 đ-ợc nối với các chân đầu ra của Ic Atmega16l tại mạch vi

điều khiển

- 8Y01, 8Y02, 8Y03 đ-ợc nối với các cuộn hút của van điện

- Motor là động cơ khoan

- Q1, Q2, Q3, Q4 là các transistor loại PNP

- LS1 là rơ le 24v dùng để đóng cắt dòng điện cấp cho động cơ khoan

- ULN 2803 là Ic đệm, tín hiệu ngõ ra là đảo của tín hiệu ngõ vào Ic unl 2803

có tác dụng tăng dòng và ổn định dòng đầu ra

C R11

RESISTOR SIP 5

1 2

3 4 5

IN1 1 IN2 2 IN3 3 IN4 4 IN5 5 IN6 6 IN7 7 IN8 8

OUT1 18OUT2 17OUT3 16OUT4 15OUT5 14OUT6 13OUT7 12OUT8 11GND 9

0 D11

R7 12K

R8 12K

VCC

R9 12K

R10 12K

A

+

Q2 A1013

Q3 A1013

Q4 A1013

LS1

RELAY DPST

4 3 6 5 1 2

Hình 2.3 Sơ đồ mạch công suất điều khiển van điện, động cơ

*Nguyên lý làm việc

Khi có tín hiệu từ vi điều khiển (mức 1) cấp vào các đầu vào O0, O1, O2 hay O3 thì tín hiệu này đ-ợc dẫn vào ngõ vào của ic unl2803 và tại đầu ra t-ơng ứng của

đầu vào đó thì thu đ-ợc tín hiệu(mức 0) đảo của tín hiệu ngõ vào sau đó tín hiệu này

đ-ợc dẫn tới kích mở transistor A1013 khi transistor mở thì nó cho dòng điện +24v cấp vào cuộn hút hay động cơ khoan

2.2.1.3 Mạch nguồn

* Tác dụng linh kiện trong mạch

- TR2 là biến áp có 2 cuộn sơ cấp Điện áp vào là 220V~, điện áp ra là

URa1=24V~, URa2= 5V~

- D1, D2 là các diode chỉnh l-u tạo nguồn một chiều

- IC lm7824 dùng để ổn áp lấy nguồn +24v cấp cho mạch công suất, mạch cảm biến

VI 1

- Tụ 1 chiều C3, C4 là tụ lọc nguồn

- Tụ xoay chiều C1, C2 dùng để cắt xung nhọn của nguồn sau khi chỉnh l-u

- D1 là led báo nguồn

2.2.2 Linh kiện đ-ợc sử dụng trong các module thí nghiệm

* Nguyên tắc điều khiển:

Khi có tín hiệu điều khiển từ module điều khiển vào cuộn hút của van thì van tác

động đóng hoặc mở đ-ờng khí nén chảy vào hay ra pittong xilanh nhằm tạo ra các tác động đ-ợc thiết lập tr-ớc Ví dụ: điều khiển pittông đẩy khay ra ngoài, đẩy khay vào trong, nâng hoặc hạ khoan

a Loại van 5/2 có 2 cuộn hút

sẽ đ-ợc dịch chuyển từ (2)(4), (5)(1) ra ngoài Khi có tín hiệu tác động vào cuộn dây W2 mà ch-a có tác động vào cuộn dây W1 thì khí sẽ đ-ợc di chuyển từ (2)(5),(4)(3) ra ngoài

b Van 5/2 có 1 cuộn hút

+) Cấu tạo

Hình 2.8 Van 5/2 có 1 cuộn hút Hình 2.7 Van 5/2 có 2 cuộn hút

+) Nguyên lý làm việc

Trạng thái bình th-ờng khi ch-a có điện cấp vào cuộn hút thì nguồn khí đ-ợc nối với cửa 5 và khí xả sẽ xả từ cửa 4 qua cửa 3 ra ngoài Khi có điện cấp vào cuộn hút thì nguồn khí đ-ợc nối vào cửa 4 Khí xả sẽ qua cửa 5 tới 1 ra ngoài

3

4

Hình 2.9 Cấu tạo của động cơ một chiều dùng nam châm vĩnh cửu

1: Stato (phần phần tĩnh) là một hoặc nhiều cặp nam châm vĩnh cửu vĩnh cửu

4: Chổi than: Làm nhiệm vụ cung cấp điện áp một chiều cho cuộn dây Roto làm việc

b Nguyên lý làm việc

- Động cơ điện một chiều để chuyển động đúng cần tính góc quay của động cơ, tốc độ thông qua các pha tác động theo (Hình 2.10)

Hình 2.10 Nguyên lý làm việc của động cơ một chiều

Pha 1: Từ tr-ờng của rotor cùng cực với Stator, sẽ đẩy nhau tạo ra chuyển động quay của Stator (hình 2.10a)

Pha 2: Rotor tiếp tục quay (hình 2.10b)

Pha 3: Bộ phận chỉnh điện sẽ đổi cực sao cho từ trường giữa stator và rotor cùng dấu, trở lại pha 1 (hình 2.10c)

Khi có một dòng điện chạy qua dây quấn xung quanh một lõi sắt non, cạnh phía bên cực d-ơng sẽ bị tác động bởi một lực h-ớng lên, trong khi cạnh đối diện lại bị tác động bằng một lực h-ớng xuống theo nguyên lý bàn tay trái của Fleming Các lực này gây tác động quay lên cuộn dây, và làm cho rotor quay Để làm cho rotor quay liên tục và đúng chiều, một bộ cỏ góp điện sẽ làm chuyển mạch dòng điện sau mỗi vị trí ứng với 1/2 chu kỳ Khi mặt của cuộn day song song với các đ-ờng sức từ tr-ờng Nghĩa là lực quay của động cơ bằng 0 khi cuộn dây lệch 900 so với ph-ơng ban đầu của nó, khi đó rotor sẽ quay theo quán tính

Trong các máy điện một chiều lớn, ng-ời ta có nhiều cuộn dây nối ra nhiều phiến góp khác nhau trên cổ góp Nhờ vậy dòng điện và lực quay đ-ợc hầu nh- liên tục và không bị thay đổi theo các vị trí khác nhau của rotor

2.2.2.3 Cảm biến

Hình 2.11 Cảm biến

Chức năng: Cảm biến từ sử dụng dể thu tín hiệu từ module gia công về module

điều khiển để vi điều khiển thu tín hiệu, xử lý thông tin từ đó đ-a ra các tín hiệu

điều khiển ở đầu ra nhằm điều khiển hệ thống hoạt động một cách chính xác

a Vị trí cảm biến trên Module

Để module hoạt động một cách chính xác, nhanh thì ng-ời ta đã đặt các sensor tại các vị trí: hạn vị trong của khay lấy vật, hạn vị ngoài của khay, hạn vị trên của khoan hạn vị d-ới của khoan

b Cấu tạo

Sensor đ-ợc sử dụng trên Module là loại sensor từ hai chân.Một chân màu xám

là chân nguồn đ-ợc nối với +24vdc, một chân màu xanh là chân tín hiệu đ-ợc nối với mạch chuyển đổi tín hiệu để đ-a về vi điều khiển

c Nguyên tắc hoạt động của sensor

Bình th-ờng sensor không tác động và tín hiệu điện áp ra đo đ-ợc trên chân tín hiệu của sensor là 0V Nh-ng khi có vật bằng kim loại ở khoảng cách đủ để sensor tác động thì sensor sẽ dẫn điện áp 24V và tín hiệu điện áp đo đ-ợc trên chân tín hiệu lúc này là 24V

2.2.3 Thiết kế bộ điều khiển

2.2.3.1 Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển

Hình 2.12: Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển 2.2.2.2 Lựa chọn linh kiện

Việc lựa chọn linh kiện và thiết bị phục vụ cho việc thiết kế bộ điều khiển đóng vai trò hết sức quan trọng Nó quyết định đến các chỉ tiêu kỹ thuật, độ ổn định và giá thành của bộ điều khiển Việc lựa chọn các thiết bị nh- thế nào để nó vùa đáp ứng

đ-ợc yêu cầu kỹ thuật, vừa đảm bảo giá thành mua, đó là bài toán mà ta cần phải giải quyết

a Vi điều khiển Atmega16

AVR là họ vi điều khiển 8 bit theo công nghệ mới, với những tính năng rất mạnh đ-ợc tích hợp trong chip của hãng Atmel theo công nghệ RISC, nó mạnh ngang hàng với các họ vi điều khiển 8 bit khác nh- PIC, Psoc Do ra đời muộn hơn nên họ vi điều khiển AVR có nhiều tính năng mới đáp ứng tối đa nhu cầu của ng-ời

sử dụng, so với họ 8051 89xx sẽ có độ ổn định, khả năng tích hợp, sự mềm dẻo trong việc lập trình và rất tiện lợi

Máy tính

Nhận tín hiệu từ cảm biến

Tín hiệu

điều khiển

Tín hiệu giao tiếp với máy tính

Cơ cấu chấp hành

Cảm biến

Điều khiển

Hiển thị

Module thí nghiệm

Vi điều khiển

+) Tính năng mới của họ AVR

- Giao diện SPI đồng bộ

- Các đ-ờng dẫn vào/ra (I/O) lập trình đ-ợc

- Giao tiếp I2C

- Bộ biến đổi ADC 10 bit

- Giao tiếp USART vv

Atmelga16L có đầy đủ tính năng của họ AVR, về giá thành so với các loại khác thì giá thành là vừa phải khi nghiên cứu và làm các công việc ứng dụng tới vi điều khiển Tính năng:

- Bộ nhớ 16K(flash) - 512 byte (EEPROM) - 1 K (SRAM)

- Đóng vỏ 40 chân , trong đó có 32 chân vào ra dữ liệu chia làm 4 PORT A,B,C,D Các chân này đều có chế độ pull_up resistors

- Giao tiếp SPI - Giao diện I2C - Có 8 kênh ADC 10 bit

- 1 bộ so sánh analog - 4 kênh PWM

- 2 bộ timer/counter 8 bit, 1 bộ timer/counter1 16 bit

- 1 bộ định thời Watchdog

- 1 bộ truyền nhận UART lập trình đ-ợc

+) Mô tả các chân

- Vcc và GND 2 chân cấp nguồn cho vi điều khiển hoạt động

- Reset đây là chân reset cứng khởi động lại mọi hoạt động của hệ thống

- 2 chân XTAL1, XTAL2 các chân tạo bộ dao động ngoài cho vi điều khiển, các chân này đ-ợc nối với thạch anh (hay sử dụng loại 4M), tụ gốm (22p)

- Chân Vref th-ờng nối lên 5v, nh-ng khi sử dụng bộ ADC thì chân này đ-ợc sử dụng làm điện thế so sánh, khi đó chân này phải cấp cho nó điện áp cố định, có thể

sử dụng diode zener:

- Chân Avcc th-ờng đ-ợc nối lên Vcc nh-ng khi sử dụng bộ ADC thì chân này

đ-ợc nối qua 1 cuộn cảm lên Vcc với mục đích ổn định điện áp cho bộ biến

đổi.Thiết lập cổng vào ra:

- Khi xem xét đến các cổng I/O của AVR thì ta phải xét tới 3 thanh ghi bit DDxn, PORTxn, PINxn

- Các bit DDxn để truy cập cho địa chỉ xuất nhập DDRx Bit DDxn trong thanh ghi DDRx dùng để điều khiển h-ớng dữ liệu của các chân của cổng này Khi ghi giá trị logic ‘0’ v¯o bất kì bit n¯o của thanh ghi này thì nó sẽ trở thành lối vào,còn ghi

‘1’ v¯o bit đó thì nó trở th¯nh lối ra

- Các bit PORTxn để truy cập tại địa chỉ xuất nhập PORTx Khi PORTx đ-ợc ghi giá trị 1 khi các chân có cấu tạo nh- cổng ra thì điện trở kéo là chủ động(đ-ợc nối với cổng).Ngắt điện trở kéo ra, PORTx đ-ợc ghi giá trị 0 hoặc các chân có dạng nh- cổng ra.Các chân của cổng là 3 trạng thái khi 1 điều kiện reset là tích cực thậm chí xung đồng hồ không hoạt động

Hình 2.13 Sơ đồ chân của AVR

- Các bit PINxn để truy cập tại địa chỉ xuất nhập PINx PINx là các cổng chỉ để

đọc,các cổng này có thể đọc trạng thái logic của PORTx.PINx không phải là thanh ghi,việc đọc PINx cho phép ta đọc giá trị logic trên các chân của PORTx.chú ý PINx không phải là thanh ghi,việc đọc PINx cho phép ta đọc giá trị logic trên các chân của PORTx.Nếu PORTxn được ghi giá trị logic ‘1’ khi các chân của cổng có dạng như chân ra ,các chân có giá trị ‘1’.Nếu PORTxn ghi giá trị ‘0’ khi các chân của cổng có dạng như chân ra thì các chân đó có giá trị ‘0’ Các cổng của AVR đều có thể đọc,ghi Để thiết lập 1 cổng là cổng vào ,ra thì ta tác động tới các bit DDxn, PORTxn,PINxn.ta có thể thiết lập để từng bit làm cổng vào,ra cứ không chỉ với cổng,nh- vậy ta có thể sử lí tới từng bit,đây chính là điểm mạnh của các dòng Vi

điều khiển 8 bit.Ta có thể sử dụng CodeWizardAVR để thiết lập cho các PORTx và Pinx Ví dụ nh- trên hình:các bit 0,1,2,4,7 của PORTA làm chân ra có trở kéo,còn các bit còn lại làm chân vào Khi đã thiết lập xong thì các bit 0,1,2,4,7 sẽ có thể xuất dữ liệu ra còn các bit còn lại có thể nhận dữ liệu vào

+) Cấu trúc bộ nhớ:

Cũng nh- mọi vi điều khiển khác AVR có cấu trúc Harvard tức là có bộ nhớ và

đ-ờng bus riêng cho bộ nhớ ch-ơng trình và bộ nhớ dữ liệu

là một phần của bộ nhớ dữ liệu nh-ng lại hoàn toàn đứng độc lập nh- một bộ nhớ

Hình 2.16 Chuyển đổi TTL và RS232 +) Các thông số kỹ thuật

- Điện áp hoạt động 5V

- Tốc độ truyền lớn nhất 120 kbit/s

- Có 2 đ-ờng truyền và 2 đ-ờng nhận

- Điện áp vào lớn nhất là +30V, nhỏ nhất là -30V

- Dòng vào nhỏ nhất là 8mA

- Nhiệt độ hoạt động từ 00C ->700C

+) Mạch giao tiếp giữa VĐK và MT qua cổng RS232

Hình 2.17 Sơ đồ giao tiếp giữa VĐK và MT qua cổng RS232

c Phần mềm lập trình

+) CodeVision AVR

Hiện nay trong thực tế có hai phần mềm đ-ợc sử dụng để lập trình cho AVR đó

là Code Vision AVR và AVR Studio Hai phần mềm trên sử dụng ngôn ngữ lập trình C và Assembler, Trong phạm vi nghiên cứu tôi chọn phần mềm Code Vision AVR lập trình bằng ngôn ngữ C

Cửa sổ của CodeViso AVR để viết ch-ơng trình:

Vµo menu File/New, chän môc project trong hép tho¹i hiÖn ra vµ chän OK

Ta chän Yes trong hép tho¹i Confirm hiÖn ra:

Hép tho¹i CodeWinzardAVR hiÖn ra, t¹i ®©y ta thiÕt lËp c¸c th«ng sè ban ®Çu nh- thiÕt lËp cæng vµo ra, thiÕt lËp truyÒn th«ng nèi tiÕp…

+) Microsof Visual Basic

Visual Basic cho phép ng-ời dùng tiếp cận nhanh cách thức lập trình trên môi tr-ờng Windows Trong khuôn khổ nội dung đồ án đ-ợc sử dụng để hiển thị và điều khiển hoạt động của module phân loại và gia công vật liệu

Môi tr-ờng làm việc của Visual Basic 6.0: