Ứng dụng bộ điều khiển khả trình (plc) để vẽ tự động đường đăc tính kéo nén của máy trong phòng thí nghiệm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤTNGUYỄN NAM HÒA ‘’ỨNG DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN KHẢ TRÌNH PLC ĐỂ VẼ TỰ ĐỘNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH KÉO NÉN CỦA MÁY TRONG PHÒNG... Phòng thí nghiệm bộ môn sức bền vật liệu đã

trường đại học mỏ - địa chất

NGUYỄN NAM HềA

‘’ỨNG DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN KHẢ TRèNH (PLC) ĐỂ VẼ TỰ ĐỘNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH KẫO NẫN CỦA MÁY TRONG PHềNG

THÍ NGHIỆM’’

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2015

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

NGUYỄN NAM HÒA

‘’ỨNG DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN KHẢ TRÌNH (PLC) ĐỂ VẼ TỰ ĐỘNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH KÉO NÉN CỦA MÁY TRONG PHÒNG

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của tôi Những kết quả và các số liệu trong

luận văn tôi thu thập tại phòng thí nghiệm bộ môn sức bền vật liệu Luận văn do tôinghiên cứu và hoàn thành không sao chép bất kỳ nguồn nào khác Tôi hoàn toàn chịutrách nhiệm trước nhà trường về sự cam đoan này

Hà Nội, ngày 20 tháng 3 năm 2015

Tác giả luận văn

Nguyễn Nam Hòa

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới:

TS Nguyễn Chí Tình người đã chỉ dẫn và giúp đỡ tận tình trong suốt quá trình làm luận

văn

Ban giám hiệu trường Đại học Mỏ- Địa chất và quý thầy cô trong khoa Cơ Điện, Bộmôn Tự động hóa, phòng đào tạo sau đại học đã truyền dạy những kiến thức quý báu

trong chương trình đào t ạo cao học tai trường và giúp đỡ tạo điều kiện cho luận văn được

hoàn thành thuận lợi

Phòng thí nghiệm bộ môn sức bền vật liệu đã hư ớng dẫn và cho tôi những số liệuquý giá và các bạn học cùng lớp Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa đã giúp tôi trong quátrình hoàn thành luận văn này

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI CẢM ƠN 2

DANH MỤC CÁC BẢNG 5

DANH MỤC HÌNH VẼ 6

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 7

MỞ ĐẦU 8

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN 10

PHÒNG THÍ NGHIỆM BỘ MÔN SỨC BỀN VẬT LIỆU 10

1.1 Mục đích ý nghĩa và yêu cầu của thí nghiệm sức bền vật liệu: 10

1.1.1Ý nghĩa và yêu cầu: 10

1.1.2 Mục đích 10

1.2 Giới thiệu về một số máy trong phòng thí nghiệm .10

1.2.1Máy kéo nén TMC_20 10

1.2.2 Máy vạn năng RM_104 .14

1.2.3 Máy kéo nén MATEST SRL .15

1.3.Các bước thí nghiệm kéo mẫu thép: 19

1.3.1.Đo kích thước mẫu ban đầu 19

1.3.2 chuẩn bị thí nghiệm .20

1.3.3 Bắt đầu thí nghiệm 20

1.4 Các bước thí nghiệm nén .21

1.4.1 Đo kích thước ban đầu 21

1.4.2 Chuẩn bị thí nghiệm .21

1.4.3 Bắt đầu thí nghiệm 21

CHƯƠNG 2 : ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ CÁC PHƯƠNG ÁN CẢI TẠO MÁY TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM 22

2.1 Tình trạng máy trong phòng thí nghiệm 22

2.1.1 Máy điện tử kéo nén Matest SRT 22

2.1.2 Máy cơ .23

2.1.3 Các phương án cải tạo máy kéo nén thủy lực .23

CHƯƠNG 3 : ỨNG DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN KHẢ TRÌNH (PLC) VÀO MÁY NHẰM NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG PHÒNG THÍ NGHIỆM 32

3.1 Mô hình thí nghiệm .32

3.1.1 Bàn cân XK3 - 101 33

3.2 Để đảm bảo tính chính xác trong kiểm tra chất lượng của các vật liệu, mô hình được xây dựng theo như trong hình 38

3.2.1PLC S7-200 39

3.2.2Phần mềm giám sát WIN CC 42

3.2.3 Các bước thiết lập giao diện Win CC 42

3.4.1 Thí nghiệm cường độ chịu lực của vật liệu .67

3.4.2.Kết quả thí nghiệm .67

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72

1 Kết luận 72

2 Kiến nghị 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1.chuyển đổi áp suất 30

Bảng 3.1 Thông số và các đặc điểm kỹ thuật của series 22X : 40

Bảng 3.2 bảng kết quả trên Win CC mẫu gạch 2 lỗ A1 69

Bảng.3.3 Kết quả thí nghiệm mẫu gạch 2 lỗ A1 trên excel 2010 69

Bảng 3.4 bảng kết quả trên Win CC mẫu gạch men .70

Bảng.3.5 Kết quả thí nghiệm mẫu gạch men lỗ A1 trên excel 2010: 71

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Máy kéo nén TMC-20 11

Hình 1.2: Lưu đồ vận hành máy TMC-20 12

Hình 1.3 bộ đo lực 13

Hình 1.4 Máy kéo nén RM-104 15

Hình 1.5: Lưu đồ vận hành máy kéo RM-104 16

Hình 1.6 Matest SRT 17

Hình 1.7 Màn hình điều khiển Matest SRT 18

Hình 1.8 Mẫu thép trước thí nghiệm 19

Hình 1.9 Mẫu thép sau thí nghiệm 20

Hình 2.1 Sơ đồ mạch điện máy nén Matest SRT 22

Hình 2.2 Sơ đồ thủy lực của máy kéo nén 23

Hình 2.3.Cảm biến và bộ chuyển đổi đo áp suất 25

Hình 2.4 Cảm biến và bộ chuyển đổi đo dịch chuyển 26

Hình 2.5 Sơ đồ và mạch kết nối PC 27

Hình 2.6 Đấu nối ống dẫn và cảm biến 30

Hinh 3.1 Mô hình thí nghiệm vật liệu 32

Hình 3.2 Hình bàn cân XK3- 101 33

Hình 3.3 sơ đồi đấu nối 34

Hình 3.4 các đầu giắc cắm 35

Hình 3.5 Kích thủy lực Masada MH – 10 37

Hình 3.6 Mô hình thí nghiệm 38

Hình 3.7 Bộ điều khiển PLC 39

lHình 3.8 Giao diện 41

Hình 3.9 Giao diện Project 42

Hình 3.10 đường dẫn 43

Hình 3.11 Giao diện Graphic Desiger 44

Hình 3.12 Giao diện màn hình khi thí nghiệm 45

Hình 3.13 Gạch thí nghiệm 68

MỞ ĐẦU

1.Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay, trong phòng thí nghiệm bộ môn Sức bền vật liệu được trang bị máy kéo

nén được sản xất từ những năm 60 hoạt động dựa trên nguyên tắc thủy lực và cơ khí, độ

chính xác không cao Ngày nay việc đo lường và điều khiển tự động hóa được ứng dụngtrong sản xuất công nghiệp cũng như trong phòng thí nghiệm rất hữu dụng Lợi dụng

được cảm biến áp đo được áp suất nên chúng ta có thể có được số liệu về lực tác dụng lên

vật liệu một các chính xác

Để phục vụ nhu cầu học tập của sinh viên được tốt hơn em đã tìm hiểu nguyên lý

hoạt động của máy và cải tiến máy kéo nén với đề tài “ Ứng dụng bộ điều khiển khả

trình (PLC) để vẽ tự động đường đặc tính kéo nén của máy trong phòng thí nghiệm”

Xây dựng tính năng tự động của hệ thống dựa trên bộ điều khiển khả trình (PLC) vàcác cảm biến áp lực Để tài mang tính cấp thiết và có nghĩa khoa học phục vụ giảng dạycho sinh viên

2 Mục đích nghiên cứu

Hiện nay các máy kéo nén trong phòng thí nghiệm đã sử dụng lâu năm các thông số kỹthuật không còn được đảm bảo Để việc giảng dạy và học tập của giảng viên và sinh viênngày càng có chất lượng cần có sự cải tạo các máy móc, đưa bộ điều khiển khả trình PLC

để vẽ đường đặc tính lực và thời gian một cách chính xác

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

a Đối tượng nghiên cứu

Máy kéo nén thủy lực trong phòng thí nghiệm và bộ điều khiển khả trình PLC, cùngcác thiết bị kết nối

b Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu các chức năng từ cơ bản đến nâng cao, của bộ điều khiển khả trình PLC.Xây dựng được mô hình thí nghiệm kéo vật liệu và vẽ được đường đặc tính giữalực và thời gian

4 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan về bộ điều khiển khả trình bao gồm cấu trúc phần cứng vàcách thức lập trình cho bộ điều khiển

- Tổng quan các hệ thống thủy lực của máy kéo nén

- Xây dựng đường đặc tính của máy nén

- Ứng dụng PLC để tự động hóa hệ thống

- Sử dụng ngôn ngữ lập trình , Win cc

5 Phương pháp nghiên cứu

- Tham khảo các tài liệu giới thiệu về cấu trúc phần cứng và nguyên lý hoạt độngcủa các bộ điều khiển

- Quan sát mô hình thực và hoạt động của các bộ điều khiển trong thực tế

- Sử dụng các công cụ mô phỏng và lập trình của các hãng sản xuất

- Tham khảo ý kiến của những kỹ sư, các thầy giáo có kinh nghiệm nhiều năm về sửdụng, lắp đặt và đào tạo về bộ điều khiển khả trình

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiến của đề tài.

a Ý nghĩa khoa học.

Nghiên cứu và cải tạo máy kéo nén dựa trên bộ điều khiển ứng dụng PLC để vẽ

đường đặc tính của máy nén dựa trên bộ điều khiển khả trình PLC, tính toán làm đa

dạng và phong phú hơn các bộ điều khiển trong thực tế Ứng dụng được những thành tựukhoa học trên các lĩnh vực như điện tử, tin học vào một sản phẩm phục vụ đời sống

b Ý nghĩa thực tiễn.

Việc ứng dụng PLC để vẽ các đường đặc tính của máy bơm trong phòng thí nghiệm

đem lại kết quả chính xác và có độ chính xác cao

7 Cấu trúc của luận văn

Luận văn được trình bày trong 3 chương, ph ần mở đầu và phần kết luận, tổngcộng gồm 73 trang, 5 bản biểu, 23 hình vẽ

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN PHÒNG THÍ NGHIỆM BỘ MÔN SỨC BỀN VẬT LIỆU

1.1 Mục đích ý nghĩa và yêu cầu của thí nghiệm sức bền vật liệu:

1.1.1 Ý nghĩa và yêu cầu:

Môn học Sức bền vật liệu là môn khoa học lý thuyết và thực nghiệm, đối tượngnghiên cứu của môn học là các vật thể ở dạng thanh được chế tạo từ các vật rắn thực khácnhau Khi nghiên cứu các phương pháp tính ta giả thiết các vật liệu đều có một tính chất

chung là tính đàn hồi, tính đồng chất, tính liên tục….Mỗi loại vật liệu đều có tính chịu

lực, tính cơ học riêng biệt Vì vậy khi sử dụng mỗi loại vật liệu, ta cần chú ý đến tínhriêng biệt của đó Do đó việc nghiên cứu bằng phương pháp thực nghiệm là không thểthiếu Những thí nghiệm có mục đích nghiên cứu tính chịu lực và dạng phá hỏng của vậtliệu gọi là thí nghiệm vật liệu

1.1.2 Mục đích

Những phương pháp tính được xây dựng trên những giả thuyết về sự biến dạng củavật thể Tất nhiên những giả thuyết đó đều chỉ là gần đúng, nên kết quả tính chỉ là gần

đúng Để đánh giá mức độ tin cậy của phương pháp tính, ta dựa vào kết quả đo lường về

nội lực và chuyển vị trên các vật thể ở trạng thái chịu lực xác định Nếu kết quả đo lường

và tính toán có sự chênh lệch không quá sự cho phép thì phương pháp đó đáng tin cậy

Nhưng trong điều kiện làm việc thực, còn có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến sự làm

việc của công trình máy móc( như chế độ thi công, gia công, lắp ghép…) Vì thế người tacòn tiến hành việc đo lường nội lực và chuyển vị của công trình hay máy móc ở điều kiệnlàm việc thực

1.2 Giới thiệu về một số máy trong phòng thí nghiệm.

1.2.1 Máy kéo nén TMC_20.

 Thông số kỹ thuật

- Máy do Liên Xô chế tạo từ những năm 60, có thể thực hiện được các thí nghiệm:Kéo, nén, uốn với lực lớn nhất là 20 tấn.

- Máy được thiết kế bốn thang tải trọng được điều chỉnh trên đồng hồ và quả cân

Máy được thiết kế dựa trên nguyên lý tạo lực kép, cùng một cơ chế có thể tạo ra lực

kéo và nén Phần chính của máy là bộ khung có hai khoảng không, các vùng này được

dùng để đặt mẫu thí nghiệm Các không gian này có thể thay đổi chiều cao sao cho phù

hợp với thí nghiệm cần thực hiện bằng cách di chuyển tay đòn dưới

Hình 1.1 Máy kéo nén TMC-20

 Lưu đồ quy trình vận hành

Hình 1.2: Lưu đồ vận hành máy TMC-20

- Nguyên tắc sinh lực của máy là dựa trên nguyên tắc thủy lực Sự hoạt động của

máy như sau:

- Khi mô tơ điện quay máy bơm sẽ bơm dầu từ thùng (1) qua van chuyển (4) lênống dẫn (2) rồi vào xilanh (3) Áp lực dầu trong xilanh (3) tăng sẽ làm cho pittong (5)

chuyển động lên phía trên, nâng theo phần động là các thanh treo (6) và ngàm trên (7)

Như vậy nếu ta đặt mẫu thí nghiệm giữa ngàm dưới (7) và ngàm trên (8), mẫu sẽ chịu

một lực nén hai đầu Nhờ tay gạt (9) ta có thể điều chỉnh van (4) để lượng dầu vào xilanh(3) nhiều hay ít, do đó có thể thay đổi tốc độ nén của ngàm dưới cũng như lực nén

- Nếu gạt tay gạt (9) lên vị trí trên cùng thì van (4) sẽ mở hoàn toàn lúc đó dầu từxilanh (3) chảy ngược về thùng dầu vì ở đó áp lực nhỏ hơn

- Thanh (16) cũng được gắn liền với thanh (13) và con lắc (15), vì vậy khi con lắcxoay quanh khớp (14) thì thanh (16) cũng xoay quanh khớp đó Sự quay của thanh (17)làm cho thanh răng (18) chạy sang trái ( trên các bánh xe và làm quay bánh răng Kimchỉ thị gắn trên bánh răng sẽ quay trên mặt kim đồng hồ đã đánh d ấu các trị số của lực.

Hình 1.3 bộ đo lực

- Trên con lắc (15) có thể treo thêm đối trọng nữa ứng với ba bảng lực là 5 tấn, 10tấn, 20 tấn, còn đối trọng cố định ứng với bảng lực 2,5 tấn Trên mặt đồng hồ cũng cóbốn vòng khác nhau ứng với bốn trường hợp trên.

 Bộ phận vẽ biểu đồ nội lực.

- Để có thể quan sát được sự tương quan giữa lực tác dụng lên mẫu với biến dạng

của mẫu người ta cấu tạo thêm vào máy bộ phận vẽ biểu đồ (hình) có cấu tạo như sau:

- Đầu mút phải của thanh răng có lắp vào bút vẽ và nếu tỳ bút lên tờ giấy thì khităng lực bút sẽ vạch lên một đường thẳng song song với trục thanh, lực càng tăng bút sẽ

vạch đường càng dài Nếu ta dùng một sợi dây mền không dãn buộc vào ngàm trên, vắtqua hệ thống ròng rọc rồi cuốn vào tang hình trụ Khi mẫu biến dạng, rulo sẽ quay đimột góc mà cung tròn trên mặt thùng đúng bằng biến dạng của mẫu Như vậy, khi tănglực và mẫu biến dạng thì bút vẽ đường song song với trục bánh răng còn thùng manggiấy vẽ thì quay, kết hợp hai chuyển động của bút và giấy ta được quan hệ giữa lực tácdụng lên mẫu với biến dạng của mẫu

1.2.2 Máy vạn năng RM_104.

 Đặc điểm chung:

- Máy vạn năng RM_104 là loai máy cơ học, máy do Liên xô sản xuất từ những

năm 60, máy có thể thực hiện được các thí nghiệm kéo, uốn với lực tối đa 10 tấn

- Máy có 3 thang tải trọng được điều chỉnh bằng những quả cân đối trọng

này), mẫu được kẹp bằng hệ thống má kẹp hình côn, có lực kẹp ban đầu bằng thủy lựcthông qua hệ thống bánh răng trục vít.

- Chuyển động của động cơ (1) được truyền qua khớp nối và trục vít tới bánh vítlàm trục ren (2) chạy xuống, nếu ta kẹp mẫu giữa ngàm trên và ngàm dưới (3), mẫu sẽchịu một lực kéo về hai phía

 Bộ phận đo lực.

- Khi mẫu chịu tải, lực kéo sẽ truyền qua ngàm (3) làm thanh ngàm (3) đi xuống

dưới kéo thanh (5) quay quanh khớp (4) Lúc đó thanh (7) sẽ bị kéo lên phía trên và làm

cho con lắc đối trọng (9) quay quanh khớp (8) Thanh (13) gắn trên con lắc sẽ quay cùngchiều kim đồng hồ và đẩy thanh (14) chạy sang phải Khi thanh (14) chạy sang phải nó sẽ

làm cho bánh răng (15) quay quanh mặt kim đồng hồ trên đó có vạch sẵn các thang tải

trọng

 Bộ phận vẽ biểu đồ tự động.

- Máy RM_104 cũng có bộ phận vẽ biểu đồ tự động có cấu tạo và sự làm việc giống

như máy vạn năng TMC_20

Hình 1.4 Máy kéo nén RM-104.

 Lưu đồ vận hành máy RM-104

Hình 1.5: Lưu đồ vận hành máy kéo RM-104

1.2.3 Máy kéo nén MATEST SRL.

- Máy thí nghiệm vạn năng là công cụ rất cần thiết của các phòng thí nghiệm cơ họcvật liệu, nó cho phép thực hiện các loại thí nghiệm kéo, nén, uốn cắt để xác định cácthông số tính chất cơ học của vật liệu

- Do đặc thù, các máy thí nghiệm vạn năng đều là thiết bị chuyên dùng yêu cầu độ

chính xác rất cao, tính ổn định khi sử dụng, khả năng thực hiện các thí nghiệm đa dạngtrên nhiều loại vật liệu khác nhau Việc chế tạo các máy thí nghiệm loại này đòi hỏi rấtcao ở trình độ gia công cơ khí, thiết kế và lắp ráp các mạch xử lý tín hiệu đo và điều

khiển điện tử Bên cạnh đó nó cũng yêu cầu người điều khiển phải có nhiều kinh nghiệmtrong lĩnh vực thí nghiệm, đặc biệt là am hiểm về các tiêu chuẩn kỹ thuật có liên quan.

- Máy máy kéo nén Matest SRT được sản xuất theo tiêu chuẩn EEC ( Tiêu chuẩn

Châu Âu ) được sử dụng để thí nghiệm mẫu thép và bê tông Máy có lực kéo nén tối đa là

25 tấn

- Máy kéo nén Matest SRT với màn hình hiển thị số độ chính xác cao

Hình 1.6 Matest SRT

 Các phím điều khiển.

HOLD PEAK: Kiểm tra máy đã ở trạng thái sẵn sàng làm việc hay chưa

UNIT: Thay đổi đơn vị đo tải trọng (chỉ có tác dụng ngoài quá trình thí nghiệm )

ZERO: Đưa tải trọng hoặc biến dạng dài ban đầu về 0 (chỉ có tác dụng ngoài quá trình thí

ESC : Thoát khỏi màn hình hiện tại.

Hình 1.7 Màn hình điều khiển Matest SRT

Kết nối với máy tính cá nhân :

- Cắm rắc nối từ máy tính vào cổng R5232

- Cho đĩa mền chữa chương trình điều khiển vào máy tính

- Gõ ‘’a :’’ rồi ấn Enter

Hai lựa chọn sau sẽ xuất hiện trên màn hình :

(1) Dossibility to recall and store the result of the test on the disk.(2) To come ont of the System

- Chọn (1), chương trình sẽ hỏi số hiệu máy được nối với máy tính, gõ số hiệu máy (từ 0

đến 3), chương trình sẽ yêu cầu nhập tên tệp lưa giữ kết quả thí nghiệm, nhập tên tệp vào

- Hệ thống chương trình sẽ tự động hiện thị các số liệu trong quá trình lưu giữ

- Sau khi lưu giữ chương trình sẽ hỏi có cần phải xóa các số liệu đã lưu gi ữ

không ?

+ Ấn Y để xóa

+ Ấn N để không xóa

Cho hiện thị các số liệu đã lưu giữ :

Gõ TYPE ‘’Tên tệp chữa số hiệu’’, tất cả kết quả thí nghiệm sẽ hiện lên trên màn

hình

In số liệu đã lưu gi ữ

Gõ PRINT ‘’ Tên tệp cần in’’, máy in nối với vi tính sẽ tự in ra kết quả thí

nghiệm

Phát triển môi trường làm việc

Số liệu được lưu giữ trên đĩa ASCII và chúng có thể chuyển đổi cho bất cứ

chương trình nào như LOTUS, WORK,…

1.3 Các bước thí nghiệm kéo mẫu thép:

1.3.1 Đo kích thước mẫu ban đầu

 Đo chiều dài L0 ta dùng thước cặp có độ chính xác 0,01 mm

 Đo đường kính D0ta dùng thước cặp đo ở 3 vị trí khác nhau trên chiều dài của

mẫu, tại mỗi vị trí ta đo theo hai phương vuông góc với nhau Kích thước mặt cắt ngang

được lấy là giá trị trung bình của ba vị trí

Hình 1.8 Mẫu thép trước thí nghiệm.

l0

 Đo chiều dài và thiết diện sau khi đứt mẫu

Hình 1.9 Mẫu thép sau thí nghiệm.

- Đường kính trước và sau thí nghiêm của mẫu : d0, d1(mm)

- Chiều dài mẫu trước và sau thí nghiệm : L0, L1(mm)

- Tiết diện mẫu trước và sau thí nghiệm : F0, F1(mm2)

- Lực chảy và lực bền của mẫu: Pck, Pb(N)

- Độ thắt tỷ đối, độ giãn dài tỷ đối: ( Tính theo %)

d1

l1

 Xử lý số liêu so sánh kết quả thí nghiệm với lý thuyết

 Cho lực tăng từ từ đến lúc ngàm trên chạm vào mẫu

 Khi ngàm trên chạm vào mẫu quan sát đồng hồ chỉ lực bắt đầu xoay

 Tiếp tục tăng lực đến lúc vỡ mẫu kim đông hồ chỉ lực chuyển về “0”

CHƯƠNG 2 : ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ CÁC PHƯƠNG ÁN CẢI TẠO

MÁY TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM

2.1 Tình trạng máy trong phòng thí nghiệm.

2.1.1 Máy điện tử kéo nén Matest SRT.

Máy hoạt động dựa trên nguyên tắc thủy lực, dầu được bơm từ thùng dàu vào

đường ống qua xilanh pít tông tạo lực nén Khi động cơ điện quay áp suất trong đườngống dẫn dầu tăng dần để đo được áp suất trong ống , người ta gắn vào đường ống một

cảm biến áp suất, cảm biến áp suất sẽ truyền tín hiệu điện vào mạch điện tử, mạch điện tử

sẽ xử lý số liệu và chuyển ra bảng điện tử hiện thị số Nhưng hiện nay do lâu ngày máy bịhỏng mạch điện tử và cảm biến

Hình 2.1 Sơ đồ mạch điện máy nén Matest SRT

Hiện nay máy đang hỏng bộ điều khiển điện tử và cảm biến áp suất nên số liệukhông hiện thị được Để máy vẫn có thể đọc được những số liệu và vẽ được đường đặctính của lực theo thời gian, chúng ta sẽ thay thế cảm biến áp suất bị hỏng và linh kiện

điện tử Bộ bo mạch có nhưng linh kiện khó thay thế nên hiện nay máy vẫn chưa được

khắc phục

2.1.2 Máy cơ.

Tình trạng máy kéo nén TMC – 20 và máy RM -104 sản xuất từ những năm 60 Nóhoạt động hoàn toàn dựa trên nguyên tắc cơ học hệ thống vận hành vẫn còn tốt nhưng độchính xác không còn được đảm bảo Hệ thống đo lực và vẽ đồ thị đã có sai số nhiều

Để khắc phục tình trạng trên chúng ta đưa vào máy hệ thống đo lực tự động

2.1.3 Các phương án cải tạo máy kéo nén thủy lực.

 Sơ đồ nguyên lý chung của hệ thống máy kéo nén thủy lực.

Hình 2.2 Sơ đồ thủy lực của máy kéo nén

 Phương án dùng bộ vi điều khiển: ( Sử dụng tài liệu tạp chí cơ khí Việt Nam)

Việc xác định lực đo qua cảm biến áp suất và hành trình qua cảm biến hành trình.Các cảm biến này truyền dữ liệu vào PC và xử lý số liệu bằng phần mềm tự thiết kế

- Cảm biến áp suất

Thông qua việc đo áp suất ta có thể tính thành lực

Hình 2.3.Cảm biến và bộ chuyển đổi đo áp suất

Đo dịch chuyển

Hình 2.4 Cảm biến và bộ chuyển đổi đo dịch chuyển

- Sơ đồ mạch kết nối máy tính

Hình 2.5 Sơ đồ và mạch kết nối PC.

- Cảm biến có nhiệm vụ chuyển đổi các đại lượng cần đo thành tín hiệu điện hay sự

thay đổi các đại lượng điện ở cảm biến như: Điện trở, điện dung, điện cảm

- Bộ khuếch đại có chức năng khuếch đại tín hiệu ở cảm biến

- Bộ chuyển đổi Analog – digital (ADC) có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu tương tựsang tín hiệu số để giao tiếp với vi xử lý hoặc máy tính.

- Bộ xử lý số liệu có nhiệm vụ xử lý số liệu đo thành đại lượng tương ứng bằng cáccông thức toán học

số là hiệu số giữa giá trị đo thông số biến đổi và đặt giá trị mong muốn Bộ điều khiển sẽthực hiện giảm tối đa sai số bằng cách điều chỉnh giá trị đầu vào Tuy nhiên, để đạt đượckết quả tốt nhất, các thông số PID sử dụng trong tính toán phải điều chỉnh theo tính chấtcủa hệ thống, trong khi kiểu điều khiển là giống nhau, các thông số phải phụ thuộc vào

đặc thù của hệ thống

 Nhận xét:

Máy kéo nén nếu được trang bị bộ điều chỉnh này thì sẽ tăng hiệu quả trong quátrình thử nghiệm Nhưng nhược điểm của phương pháp này giá thành hơi cao, không phùhợp với môi trường thí nghiệm học tập

 Phương án sử dụng mạch điện tử.

- Chúng ta sẽ cải tạo máy kéo nén thủy lực có bộ đo lường bằng cơ sang bộ đo

lường bằng mạch điện tử Phương án này tương tự như máy Matest SRT mà chúng ta đã

giới thiệu ở phần trên

 Nhận xét:

Phương pháp này sẽ nâng cao được độ chính xác trong thí nghiệm, vì là bo mạchđiện tử với không khí ẩm lâu ngày sẽ dễ xẩy ra hỏng hóc chập cháy Linh kiện thay thế

phù hợp khi xẩy ra sự cố không được thuận lợi

 Phương án sử dụng bộ điều khiển khả trình PLC để cải tạo máy kéo nén hoạt động dựa trên nguyên tắc thủy lực.

Sơ đồ hoạt động của máy

- Áp suất , cảm biến

Áp suất:

Khi chứa một chất lỏng, khí hoặc hơi ( gọi chung là chấn lưu) vào bình chứa nó sẽgây ra một áp lực tác dụng lên thành bình Áp suất là đại lượng có giá trị bằng lực tácdụng vuông góc lên một đơn vị diện tích thành bình

Đơn vị đo áp suất

Trong hệ đơn vị quốc tế SI đơn vị đo áp suất là pascal (Pa) 1Pa là áp suất tạo bởi

1 lực có độ lớn 1 N phân bố đều trên một diện tích 1m2theo hướng pháp tuyến Đơn vị

Pa tương đối nhỏ nên trong công nghiệp người ta hay dùng đơn vị áp suất là bar (1bar =

105pa) và một số đơn vị khác

Bảng trình bày đơn vị đo áp suất và chuyển đổi

Đơn vị đo áp

suất

Pascal (Pa)

Atmotsphe (atm)

Bảng 2.1.chuyển đổi áp suất

 Phương pháp đo áp suất trong bình máy thủy lực

Trong trường hợp này áp suất cần đo cần đo cân bằng cân bằng với áp suất do cột

chất lỏng làm việc gây ra hoặc tác động lên vật trung gia có phần tử nhạy cảm với lực do

áp suất gây ra

Ở đây chúng ta dùng cảm biến áp suất gắn với ống dẫn dầu Xem hình vẽ sơ đồ thủy

lực ta sẽ gắn cảm biến áp suất ở phần thứ 9 bộ điều chỉnh lưu lượng dầu

Hình 2.6 Đấu nối ống dẫn và cảm biến

- Xử lý:

Cảm biến áp suất sẽ chuyển tín hiệu điện sang PLC S7 _200 kết nỗi máy tính vàdùng phần mềm Win CC để vẽ đường đặc tính

2.1.4.Ưu và nhược điểm của các phương pháp cải tạo.

- Phương án sử dụng máy tính điều khiển

- Khi xẩy ra sự cố hỏng hóc mua linh kiện thay thế khó khăn

- Phương án sử dụng bộ vi điều khiển

 Ưu điểm:

- Kết quả đo chính xác dễ vận hành

- Kết hợp điều khiển và PC các kết quả đo và kiểm tra được lưu trên thiết bị Cho

phép người dùng dễ dàng quan sát kết quả.a

- Với bộ điều khiển PLC chúng ta dễ dành vận hành và kiểm tra kết quả

- Bộ PLC có thể kết nối với mạng truyền thông giúp ta có thể điều khiển quan sáttheo dõi từ xa

- Trang thiết bị dễ tìm kiếm trên thị trường với giá cả phải chăng, lập trình điềukhiển tương đối đơn giản

Kết luận: Sau khi xem xét các phương án em quyết đinh chọn phương án sử dụng

bộ điều khiển khả trình PLC vì nó có tính năng nổi trội có thể kết nối với mạng truyền

thông để điều khiển từ xa, thiết bị giá thành phù hợp với điều kiện kinh phòng thí

nghiệm

CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN KHẢ TRÌNH (PLC) VÀO MÁY

NHẰM NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG THÍ NGHIỆM.

3.1 Mô hình thí nghiệm.

Cả 3 phương án đều có những ưu điểm là sau khi cải tạo đều đảm bảo được về mặt

kỹ thuật Cấp độ chính xác của số liệu khi thí nghiệm được rõ rệt, tuy nhiên hai phương

án sử dụng vi điều khiển và bo mạch điện tử có những nhược điểm hơn so với phương ándùng bộ điều khiển khả trình PLC

Sau khi xem xét và cân nhắc ta quyết định chọn phương án dùng bộ điều khiển PLC

để vẽ đường đặc tính của máy kéo nén trong phòng thí nghiệm Do việc đặt mua thiết bịkhó khăn nên để chứng minh tính khả thi của phương án cải tiến em đã làm thí nghiệm

trên mô hình và thí nghiệm đã thành công Vẽ được đường đặc tính của lực theo thời gian

để qua đó xây dựng phần mềm xác định tiêu chuẩn của vật liệu Sau đây là mô hình em

đã làm thí nghiệm

Hinh 3.1 Mô hình thí nghiệm vật liệu.

- Đặt một tấm ván phẳng chắc chắn lên cân điện tử

- Đặt mẫu lên tấm ván gỗ

- Để tạo lực nén lên mẫu, trên mẫu chúng ta đặt một kích thủy lực có tải trọng 5 tấn gắn

với cột thép chống vào trần bê tông

- Mẫu sẽ chịu lực ép khi ta tăng áp lực dầu trong kích

- Tăng áp lực dầu trong kích thì lúc đấy cân điện tử cũng bắt đầu nhảy số, đến lúc mẫu

Hai đầu ra Relay

Đầu ra tương tự: 0-20mA/4-20mA; 0-5V/0-10V

Sơ đồ đấu đầu cân với loadcell và cách hiệu chỉnh:

Hình 3.3 sơ đồi đấu nối.

Kết nối từ đầu cân đến loadcell : giắc đực 9 chân)

Chân 1 và 2 nối tắt với nhau kết nối với nguồn dương ( E +) của load cell.Chân 4 và 5 nối tắt với nhau kết nối với nguồn âm ( E -) của loadcell.Chân 7 kết nối với tín hiệu dương (sig+) của loadcell

Chân 8 kết nối với tín hiệu âm (sig-) của loadcell

Chân 3 nối với dây shield.

- Sau khi kết nối chuẩn xác thì tiến hành cài đặt cho đầu cân ( calib)

Muốn vào được chế độ chỉnh định cân thì ta phải cắm giắc cái 9 chân vào đầu cân

(lưu ý giắc phải được nối tắt chân 7 và 8) như hình 3.4

Hình 3.4 các đầu giắc cắm

Sau khi cài cắm xong ấn đồng thời 2 phím [ Fn ] and [→0←] màn hình sẽ hiển thị

“ ”, ấn [ PT ] đầu cân hiển thị “ ” đây là bước chọn tải Max cho đầu cân,dùng phím [ Fn ] để thay đổi , sau khi thay đổi xong ấn [ PT ] để chấp nhận màn hình sẽ

hiển thị “ ” ( chọn bước nhẩy cho đầu cân ) nếu muốn thay đổi dùng phím [ Fn ] đểthay đổi Sau khi chọn xong ấn [ PT ] để chấp nhận, màn hình sẽ hiển thị “ ”

ấn [ PT ] màn hình sẽ hiển thị “ ” đây là bước lấy điểm 0 cho đầu cân, khi

không có vật gì trên bàn cân thì ấn [ PT ] chờ 10 giây để cho đầu cân tự nhận điểm 0 saukhi nhận được điểm 0 màn hình sẽ hiển thị “ ” Đây là bước đặt tải chuẩn lên

bàn cân (ví dụ mình có khoảng 200kg chuẩn thì mình đặt lên bàn cân), sau khi đặt tải lênbàn cân chờ cho bàn cân ổn định khoảng 30 giây thì mình ấn [ PT ] để chấp nhận Mànhình hiển thị số liệu bất kỳ thì mình sửa lại 200kg dùng phím [ Fn ] và phím [→0←] để

đặt lại 200 kg ,sau khi đặt xong 200kg ấn [ PT ] để chấp nhận màn hình sẽ hiển thị

” thì ấn [ PT ] màn hình sẽ hiển thị khối lượng 200kg.Kết thúc quá trình

Calib cân