Do an tot nghiep

ĐATN hệ thống đk cửa tự động

phÇn I

Chơng I :Tìm hiểu chung về công nghệ điều khiển

cửa tự động

I : Các loại cửa Tự động hiện nay

Hiện nay có nhiều loại cửa tự động : cửa kéo,cửa đẩy, cửa cuốn, cửa trợt

Nhng chúng thờng đợc sản xuất ở nớc ngoài bán tại việt nam với giá thành khá cao Vì thế chúng không đợc sử dụng rộng rãi Nhu cầu cửa tự động ở Việt Nam là rất lớn

về số lợng và chủng loại

1.1 Cửa cuốn:

Hình 1.1 Cửa cuốn

Loại cửa này có u điểm là gọn nhẹ tiện dụng và dễ sử dụng, lại chỉ cần động cơ công suất nhỏ Loại cửa này thờng đợc dùng cho gara ô tô Nó có tính kinh tế khá cao vì không mấy khó khăn khi làm đợc loại cửa này

Nhng có nhợc điểm là cửa không chắc chắn và dễ bị hỏng hơn các loại cửa khác

1.2 Cửa kéo:

Hình 1.2 Cửa kéo

Loại cửa này nhìn rất lạ, với kết cấu đơn giản một động cơ đợc gắn cố định với trần nhà Cửa đợc động cơ kéo bằng một đoạn dây Ưu điểm của loại này là đơn giản nhng hiệu quả, so với loại cửa cuốn thì cánh cửa chắc hơn nhiều Có lẽ nhợc điểm của loại cửa này là động cơ gắn với trần nhà vì vậy cần phải gắn đủ chắc để chịu đợc sức nặng của cửa Vì vậy trong thực tế ngời ta ít sử dụng loại cửa kéo này do nhợc

điểm là phải gắn đủ chắc để chịu sức nặng nếu không sẽ rất nguy hiểm cho ngời sử dụng

1.3 Cửa trượt

Hình 1.3 Cửa trựơt

Loại cửa này có đặc điểm là có một rãnh trợt cố định cho phép cánh cửa thể trợt qua trợt lại Loại cửa này thờng đợc sử dụng trong nhà hàng, khách sạn, cơ quan hay sân bay, nhà ga, trung tâm thơng mại

Loại cửa này có u điểm là kết cấu khá nhẹ nhàng,tạo ra một cảm giác thoáng đạt

và thoải mái và lịch sự rất thích hợp với nhng nơi công cộng, cơ quan

Loại cửa này thiết kế rất toàn vẹn, nó có thể nhận biết đợc ngời, máy móc cũng

nh loài vật có thể đi qua

Nhợc điểm của loại cửa này là độ chắc chắn không cao , nhẹ nhàng nhng không

có nghĩa là gọn gàng mà ngợc lại có khi lại rất cồng kềnh

Nhng trên thực tế loại cửa này lại đợc sử dụng rộng rãi và phổ biến nhất hiện nay

II KHẢO SÁT CÁC LOẠI CỬA TỰ ĐỘNG Ở HÀ NỘI

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 đợc sử dụng chủ yếu ở những nơi giao dịch thơng mại, những công sở lớn, ở sân bay, ngân hàng và các khách sạn lớn Sở dĩ nh vậy là

do những nơi này có lợng ngời 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 đợc tất cả những u điểm của nó

Tuy nhiên cửa tự động cũng có rất nhiều loại tuỳ theo yêu cầu về mục đích sử dụng nh trọng lợng cửa, chiều cao hay phần mạch điều khiển cửa

Theo trọng lợng 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 ngời 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 đợc dùng trong 2 điều kiện nh sau:

Một là, những nơi yêu cầu tính hiện đại, sang trọng nhng lại có số lợng ngời đi qua lại không nhiều nh các khác sạn lớn, nhà nghỉ lớn, hay công sở mà không có tính chất giao dịch

Hai là, những loại cổng có kích thớc 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 nh loại bình thờng

+ Cửa tự động có hai cánh: Loại cửa này đợc dùng rộng rãi hơn so với loại cửa tự

động 1 cánh

Nơi có số lợng cửa tự động lớn nhất hiện nay tại Hà Nội đó là sân bay Nội bài ở đây loại cửa đợc sử dụng chủ yếu là loại cửa trớt hai cánh Để tìm hiểu rõ hơn ta đi khảo sát cửa tự động tại đây

• Khảo sát cửa tự động ở sân bay Nội Bài - Hà Nội

Hình 1.4 Cửa tự động tại sân bay Nội Bài

Trớc 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 14 hệ thống cửa tự động Tất cả các cửa này đều có kết cấu cơ khí

và hình dạng bên ngoài giống nhau do hãng PORTALP chế tạo

Cửa tự động tại đây sử dụng hệ thống cửa hai cánh với kích thớc cửa

Cao: 2.5m

Rộng: 3m

Độ rộng cửa khi mở hoàn toàn: 1.5m

Cuối hành trình mở có đặt một công tắc hành trình để bảo vệ tránh cho cửa

không chuyển động vợt quá hành trình

Quan sát cửa chuyển động em thấy cửa chuyển động với ba cấp tốc độ Khi mở cửa cửa mở ra với vận tốc nhanh để kịp thời mở ra tránh tình trạng ngời phải chờ đợi cửa mở gây cảm giác khó chịu cho ngời 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 ngời muốn đi vao từ đằng xa.Gần hết hành trình cửa giảm tốc và dừng lại chính xác Khi mở ra khoảng trễ thời gian là khoảng 5 giây nếu ko có tín hiệu thì cửa sẽ đóng lại Khoảng cách xa của tín hiệu cảm biến là khoảng 2m.Khi cửa đang đóng mà có tín hiêu ngời 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 ngời đi từ trong ra cũng nh khi có ngừơi đi từ ngoài vào.Hai cảm biến này trên khung cánh cửa

iii Công nghệ cửa tự động

Qua tìm hiểu tài liệu và quan sát thực tế em thấy một hệ thống cửa tự động phải

đảm bảo yêu cầu công nghệ:

- Khi có tín hiệu ngời cửa sẽ lập tức mở ra

- Khi mất tín hiệu ngời sau một khoảng thời gian trễn nhất định cửa sẽ tự động

đóng lại

- Khi cửa đang đóng lại mà có tín hiệu ngời thì cửa sẽ mở ra

- Trong hành trình mở cửa mở với hai cấp tốc độ cấp thứ nhất la mở nhanh với

trình cửa giảm xuống vận tốc V3 và dừng lại chính xác để tránh việc va đập gây ồn và hỏng cửa

- Trong hành trình đóng cửa cũng đóng với hai cấp tốc độ, cấp thứ nhất là cửa

đóng nhanh với vận tốc V2 nhng phải đảm bảo V2 nhỏ hơn V1 để tránh gây cảm giác ghê sợ cho ngời đang đi tới Và gần cuối hành trình đóng cửa cũng giảm xuống vận tốc V3 và dừng lại chính xác

Chơng II : Tìm hiểu về các phần tử, thiết bị dùng

trong cửa tự động I.Các phơng pháp phát hiện vật thể

Vấn đề phát hiện vật thể là một trong những vấn đề cơ bản trong đề tài thiết kế,

điều khiển cửa tự động Để phát hiện vật thể chúng ta có thể áp dụng rất nhiều nguyên tắc vật lý khác nhau Sau đây chúng ta sẽ lần lợt tìm hiểu về một sốphơng pháp phát hiện vật thể điển hình.

1.1 Phơng pháp phát hiện vật thể ứng dụng công nghệ vi sóng

Phơng pháp phát hiện vật thể ứng dụng vi sóng đợc 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 đợc chia thành năm loại:

- Cảm biến chuyển động phát hiện đối tợng chuyển động đi vào vùng bảo vệ

- Cảm biến tốc độ đo tôc độ di chuyển của đối tợng

- Cảm biến phát hiện hớng chuyển động của đối tợng (chạy tiến, chạy lùi)

- Cảm biến tiếp cận: phát hiện sự hiện diện của đối tợng

- Cảm biến khoảng cách đo khoảng cách từ cảm biến đến đối tợng

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 trờng độc hại, dễ cháy nổ, có thể thâm nhập vào bề mặt không kim loại nh sợi thuỷ tinh, phát hiện mức, phát hiện đối tợng bằng cactông

- Bền vững: Cảm biến siêu âm không có bộ phận chuyển động, có thể đợc bọc kín nên có thể chống đợc tác động cơ học

- Vùng tác động rộng: Cảm biến siêu âm có thể phát hiện các đối tợng xa từ 25 mm

đến 45.000 mm và lớn hơn, phụ thuộc vào kích thớc của đối tợng, công suất nguồn

và anten

- Kích thớc nhỏ: Mặc dù có kích thớc lớn hơn cảm biến tiếp cận điện cảm, điện dung nhng khi sử dụng tần số cao và mạch điện tử công nghệ cao có thể giảm kích thớc, giá thành.

- Kích thớc mục tiêu: Cảm biến siêu âm phù hợp với mục tiêu phát hiện kể cả mục tiêu nhỏ nh một hạt cát

- Môi trờng làm việc: Có thể làm việc trong điều kiện môi trờng khó khăn từ -55 tới +125 độ C, môi trờng 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 thờng máy phát và máy thu đợc đặt trong cùng một module Máy phát chứa diode Gunn lắp trong một hốc cộng hởng nhỏ, có nguồn năng lợng 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 đợc nối với anten Anten tụ tiêu chùm tia, mỗi anten có dải thông và hệ số khuếch đại xác định Khi đập vào đối tợng chùm sóng đợc 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 àW đến mW cần đợc 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 thớc nhỏ, ở khoảng cách xa Tuy nhiên với những vật thể không di động việc sử dụng vi sóng thờng không đem lại hiệu quả nh mong muốn, chi phí cho phơng pháp này cũng khá tốn kém

1.2 Phơng pháp phát hiện vật thể dựa trên hiệu ứng quang điện

Trong phơng pháp này việc phát hiện vật thể đợc 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

1.2.1 Tế bào quang dẫn

Đặc trng cơ bản của tế bào quang dẫn là điện trở của nó phụ thuộc vào thông lợng 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 tợng quang dẫn do kết quả của hiệu ứng quang điện bên trong Đó là hiện tợng giải phóng hạt tải điện trong vật liệu bán dẫn dới tác dụng của ánh sáng.

1.2.2 Photodiode

Nguyên lý hoạt động của photodiot: Khi chiếu sáng lên bề mặt diode bán dẫn bằng bức xạ có bớc sóng nhỏ hơn bớc sóng ngỡng λ <λs 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 dới tác dụng của điện trờng 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 ngợc Để đạt đợc điều đó ánh sáng phải đạt tới vùng nghèo sau khi đã đi qua bề dày của chất bán dẫn và tiêu hao năng lợng 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

1.2.3 Phototranzito

Phototranzito là tranzito silic loại NPN trong đó vùng bazơ có thể đợc chiếu sáng Khi không có điện áp đặt trên bazơ chỉ có điện áp trên C, chuyển tiếp B - C phân cực ngợc Điện áp đặt vào tập trung hầu nh toàn bộ lên chuyển tiếp B - C, trong khi đó sự chênh lệch điện thế giữa E và B không đáng kể V BC = 0.6 - 0,7 V Khi chuyển tiếp B-C đợc chiếu sáng, sẽ hoạt động giống photodiode ở chế độ quang dẫn với dòng điện ngợc I r =I o+I P Trong đó I o là dòng điện ngợc trong tối, I P là dòng quang điện khi có quang thông chiếu qua bề dày X Dòng I r đóng vai trò dòng bazơ, nó gây nên dòng colectơ I C =(β+1) I r β là hệ số khuếch đại dòng khi emitơ nối chung Có thể coi phototranzito nh tổ hợp của một photodiot và một tranzito photodiot cung cấp dòng quang điện tại bazơ, còn tranzito cho hiệu ứng khuếch đại β Các điện tử và lỗ trống phát sinh trong vùng bazơ dới tác dụng của

ánh sáng sẽ bị phân chia dới tác dụng của điện trờng trên chuyển tiếp B-C

Trong kỹ thuật cảm biến quang điện thờng đợc sử dụng nh một khoá chuyển mạch

đóng cắt mạch điện khi có mặt hoặc không có mặt đối tợng cần phát hiện

Tuy nhiên cảm biến quang điện chỉ đợc sử dụng để phát hiện vật thể trong phạm vi nhỏ, dễ bị nhiễu bởi các nguồn sáng khác

1.3 Phơng pháp phát hiện vật thể bằng nhận dạng hình ảnh

Các cơ thể sống đợc 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 nh hình dáng, kích thớc, màu sắc hay những đặc

điểm có tính chất đặc trng Ngày nay chúng ta đã có thể chế tạo ra những hệ thống nhận dạng nhân tạo tuy nhiên cha thể so sánh đợc thị giác và khả năng xử lý của bộ não con ngời Trong mục này sẽ giới thiệu hệ thống nhận dạng hình ảnh bằng phơng 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 bớc 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 Đơng nhiên đối mắt ngời chỉ cảm nhận đợc bớc 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 ợng, máy tính đợc tích hợp phần mềm thông minh và kết nối với các thành phần khác của hệ thống

t-Đối tợng quan sát đợc 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, bớc sóng 700nm), G (Green- màu xanh lá cây, bớc sóng 546nm) và B (Blue- màu xanh da trời, bớc sóng 436nm)

Một số camera sử dụng bộ lọc màu để phân tích các màu R, B, G rồi mới đa 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 trờng 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 đợc 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 phơng pháp phát hiện vật thể bằng nhận dạng hình ảnh không đợc sử dụng nhiều trong thực tiễn do thiếu sự tin cậy, phức tạp và chi phí cao

1.4 Cảm biến tiếp cận

Cảm biến tiếp cận đợc sử dụng để sự có mặt hoặc không có mặt của đối tợng 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 tợng, có cấu trúc tơng đối đơn giản, không đòi hỏi tiếp xúc cơ học nhng 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 đợc sử dụng rộng rãi trong thực tế

1.4.1 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 trờng biến thiên tập trung từ lõi sắt sẽ móc vòng với đối tợng kim loại đặt đối diện với nó Khi đối tợng lại gần sẽ có dòng điện Foucault cảm ứng trên mặt đối tợng 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 trờng của bộ cảm biến, biên độ mạch dao động tăng lên trên giá trị ngỡng và bộ phát hiện trở về vị trí bình thờng Phạm vi của cảm biến tiếp cận điện cảm liên quan đến khoảng cách giữa bề mặt cảm biến và đối tợng, liên quan

đến hình dáng của lõi và dây quấn

1.4.2 Cảm biến tiếp cận điện dung

Trong cảm biến tiếp cận điện dung, sự có mặt của đối tợng 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 tợng là kim loại

Đối tợng phát hiện có thể là chất lỏng, vật liệu phi kim loại; thuỷ tinh, nhựa Tốc độ chuyển mạch tơng đối nhanh, có thể phát hiện đối tợng có kích thớc nhỏ, phạm vi cảm nhận lớn

Hạn chế yếu của cảm biến điện dung là chịu ảnh hởng 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 hởng của môi trờng và đối tợng, cảm biến tiếp cận

điện dung thờng có một chiết áp điều chỉnh

1.4.3 Cảm biến tiếp cận quang học

Các cảm biến quang học sử dụng nguồn sáng và cảm biến quang Đối tợng cần phát hiện sẽ cắt chùm tia sáng làm cảm biến tác động Ngời ta thờng bố trí cảm biến quang học nh dới đây

a Cảm biến đặt đối diện với nguồn phát

Đối tợng cần phát hiện sẽ cắt chùm tia Ưu điểm của cách bố trí này là:

- Cự ly cảm nhận xa

- Có khả năng thu đợc tín hiệu mạnh.

- Tỷ số tơng phản sáng/tối lớn nhất

- Đối tợng 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 tợng có kích thớc nhỏ hơn đờng kính hiệu dụng của chùm tia cần có thấu kính để thu hẹp chùm tia

b Cảm biến đặt cùng phía với nguồn phát sáng

Trong cánh bố tris 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 phơng pháp đặt đối diện, nhng 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

Đối tượng

Nguồn

phản xạVật thể

c Phát hiện đối tợng nhờ ánh sáng phản chiếu khuếch tán

Nguồn sáng và bộ cảm biến đặt cùng phía nhng ở đây đối tợng đóng vai trò

g-ơng phản chiếu Trong trờng hợp này đối tợng đặt khá gần nguồn sáng

Khi có vật thể trong vùng hoạt động, cảm biến sẽ thu đợc ánh sáng phản xạ từ vật thể

Với những đặc điểm trên, cảm biến tiếp cận chỉ đợc sử dụng để phát hiện vật thể trong phạm vi nhỏ, dễ bị nhiễu bởi các nguồn sáng khác

1.5 Cảm biến hồng ngoại

Hồng ngoại có bản chất là sóng điện từ nằm ngoài vùng ánh sáng nhìn thấy,

có bớc sóng lớn hơn bớc sáng của tia đỏ (λ> 760 àm) Sóng hồng ngoại đợc tạo ra

dễ dàng bằng cách tạo dao động cho diode phát hồng ngoại chuyên dụng Do đó hồng ngoại đợc 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

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 ngợc trở lại Do sensor thu đợc đặt cạnh diode phát nên sẽ thu đợc 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

đợc sensor thu, khi có vật chắn tia hồng ngoại sẽ không đi thẳng mà phản xạ trở lại

do đó không tới đợc sensor thu

Ngoài ra hồng ngoại còn đợc sử dụng để truyền tin không dây do có khả năng chống nhiễu tốt hơn ánh sáng thông thờng 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 u

điểm trên hồng ngoại đợc lựa chọn nh một giải pháp tối u trong việc thiết kế mạch phát hiện vật thể cho cửa tự động

II: giới thiệu về encorder

2.1 Khái niệm:

Nhiệm vụ của Encoder là đo lờng 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 đợc

vị trí trục hoặc của một cơ cấu chuyển động bất kì Tín hiệu ra của Encoder cho dới dạng số Encoder đợc sử dụng chủ yếu trong các máy CNC và robot dùng làm phần

tử chuyển đổi tín hiệu phản hồi

Hình 2.1 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 nhng Encoder thẳng có

điểm khác cơ bản với Encoder kiểu quay là chiều dài của Encoder thẳng phải bằng tổng chuyển động tơng ứng có nghĩa là chiều dài cần đo phải bằng chiều dài thớc Encoder quay chỉ là một đĩa nhỏ và kích thớc của của Encoder không phụ thuộc vào khoảng cách đo, do đó kích thớc 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 đợc dẫn động từ một động cơ(động cơ bớc, 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

2.2 Các loại Encoder:

Encoder đợc chia làm hai loại

2.2.1 Encoder tuyệt đối

Encoder tuyệt đối kết cấu gồm các phần sau: nguồn sáng, đĩa mã hóa và các phodetetor

Đĩa mã hóa đợc chế tạo từ vật liệu trong suốt Mặt đĩa đợc chia thành các góc

đều nhau và các đờng 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 đợc) và cũng có phân tố đợc phủ một lớp mà ánh sáng không thể xuyên qua đợc Sự trong suốt và không trong suốt đặc trng tính của các phân tố

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 đợc photosensor và trong photosensor không có dòng điện chạy qua Dòng ra của photosensor nhỏ, vì vậy ta

đa ra bộ khuếch đại, khuếch đại đủ lớn để đa đến tầng tiếp theo Do quá trình quay

đĩa mã hóa, cờng 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 dơng tuyệt đối

2.2.2 Encoder gia số:

Encoder đợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp Encorder gia số có hai kiểu kiểu thẳng và kiểu quay.

a Encoder quay gồm có nguồn sáng( trong kết cấu này nguồn sáng là bóng đèn), thấu kính, đĩa thớc cố định đĩa, đĩa phát xung, photosensor và mạch điện

Đĩa phát xung đợc 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 đợc lắp trên trục và chuyển động quay cùng trục

Đĩa thớc( thớc cố định) có xẻ bốn rãnh trên cùng một hàng, rãnh xẻ thứ năm bố trí trên hàng riêng và thớc đợc có định trên vỏ cùng phía với photosensor

Hình 2.3: Encoder gia số kiểu quay

Tơng ứng với năm rãnh cố định lắp năm photosensor, photosensor cũng đợc lắp cố định với Encoder

Thấu kính làm nhiệm vụ biến đổi đờng đi của các tia sáng thành các tia sáng song song

b Encoder gia số kiểu thẳng:

Encoder gia số kiểu thẳng cũng có những thành phần cơ bản nh Encoder gia số kiểu quay nhng chỉ khác thớc động là thớc thẳng Nguyên lý hoạt động của nó hoàn toàn giống Encoder gia số kiểu quay

- Tốc độ có thể chọn ở bất kì điểm nào

Nhợc điểm

- Không đo đợc 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 đợc phải xác định lại

III: GIớI THIệU Về PLC Và ứNG DụNG PLC

2.1.Khái niệm chung:

PCL viết tắt của Programble Logic Control, là thiết bị lập trình đợc, cho phép thực hiện linh hoạt các phép toán điều khiển thông qua một ngôn ngữ lập trình Nó ddwocj thiết kế chuyên dụng trong công nghiệp để điều khiển các quá trình từ đơn giản đến phức tạp và tuỳ thuộc vào ngời sử dụng mà nó có thể thực hiện hàng loạt các chơng trình

Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC hiện nay có ứng dụng rất rộng rãi nó có thể thay thế đựơc cả một mảng rơle, hơn thế nữa PLC giống nh một máy tính nên có thể lập trình đợc Chơng trình của PLC có thể thay đổi rất dễ dàng, các chơng trình con cũng có thể sửa đổi nhanh chóng

Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC đáp ứng đợc hầu hết các yêu cầu và nh là yếu tố chính trong việc nâng cao hơn nữa hiệu quả sản xuất trong công nghiệp Trớc

đây thì việc tự động hoá chỉ đợc áp dụng trong sản xuất hàng loạt năng xuất cao Hiện nay cần thiết phải tự động hoá cả trong sản xuất nhiều loại khác nhau để nâng cao năng suất và chất lợng

2.2.Những đặc điểm chung của PLC:

Từ những đặc điểm của PLC ta thấy vai trò của nó rất quan trọng trong ngành tự

động hoá nói riêng và ngành công nghiệp nói chung

Trong một hệ thống điều khiển tự động, PLC đợc xem nh là một bộ não của hệ thống điều khiển với một chơng trình ứng dụng đã đợc lu ở bên trong bộ nhớ của PLC, PLC luôn kiểm tra trạng thái của hệ thống bao gồm: Kiểm tra tín hiệu phản hồi

từ thiết bị nhập đựa vào chơng trình logic để xử lý tín hiệu và mang thiết bị điều khiển ra các thiết bị xuất.

PCL có đầy đủ các chức năng nh: Bộ đếm, bộ định thời, các thanh ghi, bộ cộng,

bộ trừ, bộ so sánh và các tập lệnh cho phép thực hiện các tín hiệu theo yêu cầu điều khiển từ đơn giản đến phức tạp khác nhau Hoạt động của PLC hoàn toàn phụ thuộc vào chơng trình nằm trong bộ nhớ, nó luôn câp nhật tín hiệu ngõ vào xử lý tín hiệu

để điều khiển ngõ ra

Hình thức giao diện cơ bản giữa PLC và các thiết bị nhập là: nút ấn, cầu dao Ngoài ra PLC còn nhận đợc tín hiệu từ các thiết bị nhận dạng tự động nh: Công tắc trạng thái, cảm biến quang điện Các loại tín hiệu nhập đến PLC phải là trạng thái Logic ON/OFF hoặc tín hiệu Analog Những tín hiệu ngõ vào này đợc giao tiếp với PCL qua các Modul nhập

Trong một hệ thống tự động hóa , thiết bị xuất cũng là một yếu tố rất quan trọng Nếu ngõ ra của PLC không đợc kết nối với thiết bị xuất thì hầu nh hệ thống sẽ bị tê liệt hoàn toàn Các thiết bị xuất thông thờng là: Động cơ, cuộn dây nam châm , relay, còi báo Thông qua hoạt động của motor, các cuộn dây, PLC có thể điều khiển một

hệ thống từ đơn giản đến phức tạp

Tuy nhiên các thiết bị xuất khác nh là: Đèn, còi và các báo động sự cố chỉ cho biết các mục đích nh: Báo cho chúng ta biết giao diện tín hiệu ngõ vào , các thiết bị ngõ ra đựoc giao tiếp với PLC qua miền rộng của Modul ngõ ra PLC

Ngày nay PLC đợc đa vào hệ thống điều khiển một cách rộng rãi và trở nên thông dụng để đáp ứng nhu cầu ngày càng đa dạng Các nhà sản xuất đa ra thị trờng hàng loạt các loại PLC khác nhau với nhiều mức độ thực hiện chơng trình đủ để đáp ứng nhu cầu của ngời sử dụng Vì vậy để đánh giá một PLC ngời ta đa vào hai tiêu chuẩn

nh sau:

- Dung lợng bộ nhớ

- Số tiếp điểm vào/ra của PLC

Bên cạnh đó cũng cần chú ý đến các chức năng nh: Bộ vi xử lý, chu kì xung clock, ngôn ngữ lập trình, khả năng mở rộng số ngõ vào/ra

Trong hệ thống PLC có nhiều loại bộ nhớ:

- Bộ nhớ địa chỉ(ROM) cung cấp dung lợng lu trữ cho hệ điều hành và dữ liệu cố

định đợc CPU sử dụng

- Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên(RAM) dành cho dữ liệu Đây là nơi lu trữ thông tin theo trạng thái của các thiết bị nhập xuất Đặc điểm nội dung có thể đọc, ghi , xóa, khi mất điện thông tin sẽ bị mất

- Bộ nhớ nửa cố định:

+ EFROM đợc dùng phổ biến do có thể xóa đựoc và lập trình lại nhiều lần Việc xóa và lập trình lại cho EFROM phải đợc thực hiện trên các thiết bị riêng, mỗi lần lập trình lại phải xóa toàn bộ các ô nhớ của EFROM

+ EEFROM là loại có thể xóa và ghi bằng tín hiệu điện với các mức điện áp thông thờng, ngòai ra EEFROM còn có thể xóa từng ô nhớ xác định mà không cần nhấc ra khỏi mạch ứng dụng

2.4.3 Input

- Số lợng

- Xoay chiều, một chiều

IV: Giới thiệu về động cơ một chiều

3.1 Cấu tạo của động cơ điện một chiều:

3.1.1 Phần tĩnh( phần cảm hay còn gọi là phần tạo ra từ trờng):

a Cực từ chính:

Cực từ chính là bộ phận sinh ra từ trờng gồm có lõi sắt, cực từ và dây cuốn kích từ ngoài lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ đựơc làm bằng lá thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày từ 0.5 đến 1mm ép lại và tán chặt , cũng có thể dùng thép khối Cực từ đ-

ợc dán chặt vào vỏ máy nhờ các bu lông Dây cuốn kích từ đựơc cuốn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều đựơc bọc thành một khối và tẩm sơn cách điện trứoc khi đặt lên các cực từ Cuộn kích từ đặt lên các cực từ đựơc nối tiếp với nhau

b Cực từ phụ:

Đựơc đặt xem 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 roto, nhiệm vụ của cực từ phụ là triệt tiêu từ thông phấn ứng( từ trừong do dòng roto sinh ra) Trên vùng trung tính hình học để hạn chế xuất hiện của tia lửa điện trên chổi than và cổ góp

c Vỏ máy( gông từ):

Gông từ dùng để làm mạch từ nối tiếp các cực từ, đồng thời làm vỏ máy Trong

động cơ điện một chiều nhỏ và vừa thờng dùng thép tấm dày, uốn và hàn lại , với

b Dây cuốn phần ứng:

Dây cuốn phần ứng là phần sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua Dây cuốn phần ứng thờng đợc làm bằng dây đồng có bọc cách điện Trong động cơ nhỏ thờng dùng dây có tiết diện tròn, còn với động cơ vừa và lớn thờng dùng dây có tiết diện chữ nhật Dây cuốn đợc cách điện cẩn thận với lõi thép

c Cổ góp:

Cổ góp (còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều) dùng để đổi chiều của dòng điện xoay chiều thành một chiều.

3.2 Phân loại động cơ điện một chiều

Tùy theo cách mắc mạch kích từ so với mạch phần ứng mà động cơ điện một chiều

Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý nối dây động cơ điện một chiều kích từ độc lập

- Động cơ điện một chiều kích từ song song (hình 3.2)

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý nối dây động cơ điện một chiều kích từ song song

ư

+

-IKT

E

Iư

Khi nguồn điện một chiều có công suất vô cùng lớn và điện áp không đổi thì mạch kích từ thờng mắc song song với mạch phần ứng, lúc này động cơ đợc gọi là động cơ kích từ song song.

- Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp (hình 3.3)

Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý dây động cơ điện một 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 3.4)

Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý nối dây động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp

Đặc điểm từ thông của máy là tổng hợp các từ thông của các cuộn kích từ song song và kích từ nối tiếp, do vậy nó tận dụng đợc những đặc tính cơ bản của hai loại trên tùy theo cách đấu dây để sử dụng cuộn dây kích từ nào đóng vai trò chủ yếu

3.3 Nguyên lý làm việc của dộng cơ điện một chiều

Khi đóng động cơ roto quay đến tốc độ n, đặt điện áp U kích từ nào đó lên dây quấn lên lên dây kích từ thì trong dây quấn kích từ có dòng ik và do đó mạch từ của máy sẽ có từ thông Φ, tiếp điểm đó ở trong mạch phần ứng thì trong dây cuốn phần ứng sẽ có một dòng điện I chạy qua Tơng tác giữa từ thông và dòng điện phần ứng sinh ra mô men làm quay động cơ

3.4 Phơng trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Để thành lập phơng trình đặc tính cơ ta xuất phát từ phơng trình cân bằng điện áp của động cơ:

I: dòng điện mạch phần ứng (A) với I = r + fcf + fb + rct

r: điện trở cuộn dây phần ứng (Ω)

fcf: điện trở cuộn dây phần phụ (Ω)

fb: điện trở cuộn dây phần ứng (Ω)

rct: điện trở tiếp xúc của chổi điện (Ω)

sức điện động E của phần ứng động cơ đợc xác định theo công thức

k

R R

k

R R k

f u

k

R R k

=

ω , ω = f (M) đặc tính cơ theo mô men Nếu

bỏ qua tổn thất cơ và tổn thất thép thì mô men trục điện cơ bằng mô men điện từ, ta

kí hiệu là M, nghĩa là: Mđt = Mcơ = M

f u

k

R R

Theo các đồ thị trên khi I = 0 hoặc M = 0 ta có:

0ω

Đặc tính cơ điện của động cơ

điện một chiều

Hình 2.10.b

Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

 Nhận xét: Nếu cho U, R + Rf, Φ là hằng số thì phơng trình (3) sẽ là phơng trình bậc nhất:

ω ω

ω = 0 + ∆

M k

k

R R k

3.5.1 ảnh hởng của điện trở phần ứng

Giả thiết U = Uđm và Φ = Φdm = const

Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng

∆ω

ω

ω0

0

M