LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và kết quả nêu trong luận văn là trung thực, chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc. Hải phòng, ngày..... tháng ...... năm 2009 Học viên thực hiện ĐỒNG VĂN NGỌC2 LỜI CẢM ƠN Thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp “Nghiên cứu mô hình dạy học “Băng tải đếm phân loại sản phẩm điều khiển bằng PLC S7200 và điện khí nén” em đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ của các thầy cô khoa sau đại học cùng các thầy cô trong khoa Điện trường Đại học Hàng Hải đã cung cấp cho em những kiến thức cần thiết, tạo điều kiện thuận lợi, giúp em hoàn thành luận văn theo đúng thời gian quy định. Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy TS. Lưu Kim Thành người đã hướng dẫn và tận tình giúp đỡ em trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài. Qua đây em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp từ các thầy cô và các bạn đồng nghiệp, để giúp em có thêm những hiểu biết và hoàn thiện hơn trong quá trình làm việc sau này. Em xin chân thành cảm ơn 3 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ...........................................................................................................1 LỜI CẢM ƠN.................................................................................................................2 MỤC LỤC ......................................................................................................................3 DANH MỤC CÁC BẢNG..............................................................................................5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ........................................................................................6 MỞ ĐẦU.........................................................................................................................9 1 Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài: ................................................................9 2 Mục đích nghiên cứu của đề tài: ........................................................................10 3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.......................................................................10 4 Phương pháp nghiên cứu ....................................................................................10 5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn...................................................................................11 CHƯƠNG I : TỔNG QUAN........................................................................................12 1.1 TÍNH THỜI SỰ CỦA ĐỀ TÀI ...........................................................................12 1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HIỆN NAY LIÊN QUAN TỚI ĐỀ TÀI VÀ HƯỚNG TẬP TRUNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI...............................................16 CHƯƠNG II : CHƯƠNG II: THIẾT KẾ LỰA CHỌN HỆ HIỆU ĐIỀU KHIỂN DÂY CHUYỀN ĐẾM PHÂN LOẠI SẢN PHẨM..............................................................26 1.3. TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN KHÍ NÉN, CÁC PHẦN TỬ ĐIỀU KHIỂN VÀ PHẦN TỬ CHẤP HÀNH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN KHÍ NÉN........27 1.3.1.Hệ thống điều khiển Điện Khí nén 1,15...........................................................27 1.3.2. Các phần tử điện1,15: ......................................................................................28 1.3.3. Các phần tử điều khiển: .....................................................................................37 1.3.4. Cơ cấu chấp hành ...............................................................................................41 CHƯƠNG II: THIẾT KẾ LỰA CHỌN HỆ HIỆU ĐIỀU KHIỂN DÂY CHUYỀN ĐẾM PHÂN LOẠI SẢN PHẨM ...............................................................................47 2.1. THIẾT KẾ LỰA CHỌN CẢM BIẾN...................................................................47 2.1.1. Khái quát chung về cảm biến 15......................................................................47 2.1.2. Lựa chọn cảm biến..............................................................................................51 2.2. PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN ĐỘNG CƠ TRUYỂN ĐỘNG CHO DÂY CHUYỀN BĂNG TẢI....................................................................................................................59 2.2.1. Động cơ điện một chiều. ....................................................................................59 2.2.2. Động cơ xoay chiều 3 pha. .................................................................................59 2.2.3. Động cơ xoay chiều một pha có vành góp. .........................................................60 Hiệu suất làm việc không cao vì có tổn hao sắt và tổn hao phụ. ....................................60 2.2.4. Động cơ servo......................................................................................................60 2.2.5 Lựa chọn động cơ: ..............................................................................................67 2.3. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN KHÍ NÉN CHO HỆ THỐNG ............684 2.3.1. Sơ đồ hành trình bước........................................................................................68 2.3.2. Mạch điều khiển điện khí nén ............................................................................69 2.4. HỆ ĐIỀU KHIỂN PLC TRONG KHÂU ĐẾM VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 9,10,12,7......................................................................................................................70 2.4.1. Vai trò của PLC trong khâu đếm và phân loại sản phẩm.................................70 2.4.2. Biểu diễn tín hiệu số............................................................................................70 2.4.3. Thiết bị điều khiển trong logic khả trình .........................................................71 2.4.4. Cấu trúc của PLC. .............................................................................................71 2.4.5. Bộ sử lý trung tâm ..............................................................................................73 2.4.6. Phân loại PLC.....................................................................................................75 2.4.7. Thiết bị điều khiển khả trình PLC S7200........................................................76 CHƯƠNG III: XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC TẾ ...................................................87 3.1. CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG MÔ HÌNH........................................................87 3.1.1 Bản vẽ phần cơ khí ..............................................................................................87 3.1.2. Sơ đồ khối nguyên lý chung điều khiển băng tải ...............................................88 3.1.3. Khối nguồn..........................................................................................................89 3.1.4. Mạch động lực.....................................................................................................91 3.1.5. Mạch điều khiển trung tâm. ...............................................................................91 3.1.6. Mô hình tổng thể.................................................................................................93 3.2. XÂY DỰNG THUẬT TOÁN ĐIỀU ĐIỀU KHIỂN ...........................................94 3.3. VIẾT CHƯƠNG TRÌNH (xem phần phụ lục 4.3) .............................................95 3.4. PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM............................................................96 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................................................98 1. Kết luận ...............................................................................................................98 2. Kiến nghị...................................................................................................................98 TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................99 PHỤ LỤC ...................................................................................................................101 4.1 Các sơ đổ mạch phần cứng...................................................................................101 4.1.1. Sơ đồ mạch nguồn.............................................................................................101 4.1.2 Sơ đồ mạch công suất .......................................................................................101 4.2 Các hình ảnh thực tế.............................................................................................103 4.3 Chương trình điều khiển......................................................................................1045 DANH MỤC CÁC BẢNG – SƠ ĐỒ Bảng 1.1: Kí hiệu các van............................................................................. 37 Sơ đồ1.1: Kí hiệu kiểu van ........................................................................... 39 Sơ đồ 2.1. Mô hình thiết bị cảm nhận........................................................... 47 Sơ đồ 2.2: Hệ thống điều khiển tự động quá trình......................................... 48 Bảng 2.1: Địa chỉ của PLC s7200 ............................................................... 82 Bảng 2.2: Vòng quét PLC ............................................................................ 846 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Mô hình điển hình cho dây chuyền sản xuất ................................. 14 Hình 1.2: Dây chuyền tự động nhận dạng, phân loại gạch ốp lát Granite...... 16 (Ảnh: nhandan) ............................................................................................ 16 Hình 1.3: Các công nghệ then chốt đóng góp vào sự phát triển hệ thống...... 18 Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý cấu trúc hệ thống phân loại gạo theo màu sắc .. 19 Hình 1.5: Yêu cầu phân loại theo màu sắc.................................................... 20 Hình 1.6 Sự sai khác so với nền (chỉnh ngang bằng với hạt tốt) của hạt lỗi và tạp chất......................................................................................................... 21 Hình 1.7: Quan hệ giữa hệ số phản xạ và bước sóng đối với gạo và các loại tạp chất......................................................................................................... 21 Hình 1.8. Mô hình tương tác ánh sáng với bề mặt vật liệu............................ 22 Hình 1.9. Lưu đồ thuật toán xử lý nhận dạng................................................ 22 Hình 1.10. Lưu đồ thuật toán thu thập xử lý thời gian thực .......................... 23 Hình 1.11. Lưu đồ thuật toán chu trình tổng quát ......................................... 23 Hình 1.12: Hệ thống điều khiển bằng khí nén .............................................. 27 Hình 1.13: Trình tự một khâu điều khiển...................................................... 28 Hình 1.14 Công tắc ...................................................................................... 28 Hình 1.15 Nút ấn a.Nút ấn đóng _mở. b.Nút ấn chuyển mạch. .............. 29 Hình 1.16 Kí hiệu rơle theo DIN 40713 ....................................................... 30 Hình 1.17 Rơle thời gian tác động muộn. ..................................................... 30 Hình 1.18. Cách nối các cựcva tiếp điểm rơle thời gian tác động muộn........ 31 Hinh 1.21. Công tắc hành trình điện cơ. ....................................................... 32 Hình 1.22: Hai dạng kí hiệu của công tắc hành trình điện cơ........................ 32 Hình 1.23:. Công tắc hành trình nam châm . ................................................ 33 Hình 1.24 : Nguyên ký hoạt động của cảm biến cảm ứng từ......................... 34 Hình 1.25 :. Cách lắp và kí hiệu cảm biến cảm ứng từ.................................. 34 Hình 1.26: Nguyên lý hoạt động của cảm biến điện dung............................. 35 Hình 1.27: Kí hiệu cảm biến điện dung. ....................................................... 35 Hình 1.28: Cảm biến quang......................................................................... 36 Hình 1.29:a.Cảm biến quang một chiều, b.Cảm biến quang phản hồi. .......... 36 Hình 1.30: Kí hiệu cảm biến quang ............................................................. 367 Hình 1.31: Van 22 điều khiển trực tiếp bằng nam châm điện ...................... 38 Hình 1.32: Cấu tạo và kí hiệu van đảo chiều 32điều khiển gián tiếp bằng nam châm điện và khí nén.................................................................................... 39 Hình 1.33: Van một chiều ............................................................................ 40 Hình 1.34: Van logic OR.............................................................................. 40 Hình 1.34:: Van xả khí nhanh....................................................................... 41 Hình 1.35: Lực tác dụng lên xylanh tác dụng đơn ........................................ 41 Hình 1.36: Xylanh tác dụng kép ................................................................... 42 Hình 1.37: Xylanh tác dụng kép không có bộ phận giảm chấn ở cuối khoảng chạy.............................................................................................................. 42 Hình 1.38: Xylanh tác dụng hai chiều, có bộ phận giảm chấn ở cuối khoảng chạy.............................................................................................................. 43 Hình 1.39: Động cơ bánh răng ..................................................................... 43 Hình 1.40: Động cơ trục vít.......................................................................... 44 Hình 1.41: Cấu tạo của động cơ cánh gạt ..................................................... 44 Hình 1.42: Động cơ pittông hướng kính ....................................................... 45 Hình 1.43: Động cơ pittông dọc trục ............................................................ 45 Hình 1.44: Động cơ tua bin dọc trục............................................................. 46 Hình 1.45: Động cơ màng ............................................................................ 46 Hình 2.1: Cơ sở của cảm biến từ .................................................................. 52 Hình 2.2: Cấu trúc đầu cảm ứng................................................................... 53 Hình 2.3: Đường sức từ và sự tác động của vật kim loại .............................. 54 Hình 2.4: Hoạt động cảu cảm biến từ tiệm cận chuyển mạch ....................... 55 Hình 2.5: Khoảng cách tác động phụ thuộc vật liệu...................................... 56 Hình 2.6: Cảm biến từ loại chuyển mạch...................................................... 57 Hình 2.7: Cảm biến từ loại tín hiệu ra tương tự ............................................ 57 Hình 2.8: Cảm biến từ loại IWA 30 U 9001 (Baumer) ................................. 58 Hình 2.9: Cảm biến từ loại IWA 18 U 9001 (Baumer) ................................. 58 Hình 2.10: Sơ đồ khối của động cơ servo tiêu biểu..................................... 61 Hình 2.11: Điều khiển servo........................................................................ 62 Hình 2.12: Mạch động cơ DC servo ........................................................... 64 Hình 2.13: Sơ đồ khối của hệ điều khiển đông cơ DC kiểu tương tự ........... 67 Hình 2.14: Mạch điều khiển động cơ DC servo .......................................... 678 Hình 2.15: Sơ đồ nguyên lý hành trình bước ................................................ 69 Hình 2.16: Sơ đồ điện khí nén...................................................................... 70 Hình 2.17: Sơ đồ cấu trúc bộ nhớ của PLC................................................... 73 Hình 2.18: cấu trúc tổng quan của PLC ....................................................... 75 Hình 2.18: Hình ảnh các loại PLC............................................................. 75 Hình 2.19: Hình ảnh thật thiết bị PLC – s7 200............................................ 76 Hính 2.20: Cách kết nối PLC với PC............................................................ 78 Hình 3.1: bản vẽ phần cơ khí........................................................................ 87 Hình 3.2: Sơ đồ khối nguyên lý chung điều khiển băng tải........................... 88 Hình 3.3: Sơ đồ động lực ............................................................................. 91 Hình 3.4: Sơ đồ kết nối giao tiếp thiết bị ngoại vi PLC .............................. 91 Hình3.5 : Mạch giao tiếp phần cứng đầu ra ............................................. 92 Hình : 3.6: mạch điều khiển khí nén............................................................. 92 Hình 3.7 : mô hình tổng thể.......................................................................... 94 Hình 3.8: Lưu đồ thuật toán.......................................................................... 95 Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn...................................................... 101 Hình 4.2: Sơ đồ board mạch nguồn ........................................................... 101 Hình 4.3: Sơ đồ nguyên lý mạch công suất................................................. 102 Hình 4.4: Sơ đồ board mạch công suất ....................................................... 103 Hình 4.5: Hình ảnh mô hình thực tế ........................................................... 1049 MỞ ĐẦU 1 Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài: Hiện nay sự tiến bộ khoa học kĩ thuật trên thế giới diễn ra nhanh chóng, với sự ra đời của hàng loạt những sản phẩm mới ứng dụng những tiến bộ ở những nước phát triển.Đặc biệt trong những năm gần đây kĩ thuật điều khiển phát triển mạnh mẽ, có nhiêug công nghệ điều khiển mới được ra đời để thay thế cho những công nghệ đã lỗi thời. Để bắt kịp với tiến bộ khoa học kĩ thuật trên thế giới cũng như đáp ứng yêu cầu CNH_HĐH đất nước thì ngành công nghiệp Việt Nam đang thay đổi nhanh chóng, công nghệ và thiết bị hiện đại đang dần dần được thay thế các công nghệ lạc hậu và thiết bị cũ. Các thiết bị công nghệ tiên tiến với hệ thống điều khiển lập trình PLC, Vi xử lý, điện khí nén, điện tử. Đang được úng dụng rộng rãi trong công nghiệp như các dây truyền xản xuất nước ngọt, chế biến thức ăn gia xúc, máy điều khiển theo chương trình CNC, các hệ thống đèn giao thông, các hệ thống báo động. Trong các trường đại học, cao đẳng và các trường trung học chuyên nghiệp và dạy nghề đã và đang đưa các thiết bị hiện đại theo thiên hướng tự động hóa có khả năng lập trình được đưa vào giảng dạy. Một trong những loại thiết bị có ứng dụng mạnh mẽ và đảm bảo có độ tin cậy cao đáp ứng được với môi trường công nghiệp là hệ thống điều khiển tự động PLC4,10,11,12,13. Để trang bị cho sinh viên sau khi ra trường ngày Điện – Điện tử có thể làm chủ được với các công nghệ tự động hóa, thì điều đầu tiên trong môi trường dạy học cũng phải mang chuẩn các điều kiện công nghiệp, đặc biệt hơn cả là trong các bài giảng, giáo trình cũng phải luôn bám sát với thực tế, với xu thế xã hội. Để làm được điều này thì phương tiên hỗ trợ các bài giảng là hết sức cần thiết. Đối với môn học điều khiển PLC thì các mô hình thực tế là không thể thiếu. Đáp ứng nhu cầu này các sản phẩm nhập ngoại như các dây chuyền của hãng FESTO, LUCAS... là rất chuyên nghiệp. Nhưng trong điều kiện kinh tế hiện nay ngành giáo dục cung ứng cho cá trường đào tạo là10 rất ít. Chính vì thế bản thân em là một Giáo viên đang giảng dạy về lĩnh vự tự động hóa nhận thấy nhu cầu là rất cần thiết, cho nên em đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu mô hình dạy học “Băng tải đếm phân loại sản phẩm điều khiển bằng PLC S7200 và điện khí nén” Đây cũng là vấn đề được nghiên cứu và giải quyết trong trong bản luận văn này11,13. 2 Mục đích nghiên cứu của đề tài: Mục đính chính của đề tài này là “Nghiên cứu mô hình dạy học “Băng tải đếm phân loại sản phẩm điều khiển bằng PLC S7200 và điện khí nén” để có thể sử dụng trong việc giảng dạy, học tập áp dụng cho các môn học điều khiển PLC, kỹ thuật cảm biến. Được áp dụng trong các trường đào tạo nghề nói riêng và các trường kỹ thuật nói chung10,13.. 3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu vai trò và các chức năng của hệ thống dây chuyền đếm phấn loại sản phẩm.1,3. Nghiên cứu tổng quan về lý thuyết các loại cảm biến, cách kết nối cảm biến với PLC10,13.. Thiết kế và chế tạo thử nghiệm các modul cơ bản nhất của một hệ thống phân loại sản phẩm: Trung tâm điều khiển, modul địa chỉ hoá cho các sensor, các modul vàora để điều khiển dây chuyền (Băng tải, Xylanh 1, Xylanh 2, Xylanh 3, Xylanh 4.. 1. Viết phần mềm để viết chương trình cho PLC Chạy thử và đánh giá kết quả 4 Phương pháp nghiên cứu Để giải quyết vấn đề nêu trên ta sử dụng phương pháp nghiên cứu, phân tích tổng quan hệ phân loại sản phẩm, các loại sản phẩm khác nhau; Từ đó lựa chọn giải pháp cảm biến cho hệ thống. Tìm hiểu sâu về chuyển động của dây chuyền; Từ đó đề xuất cấu hình hệ thống và tiến hành chế tạo thử nghiệm để khẳng định tính đúng đắn của kết quả nghiên cứu.11 5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Nhằm nắm bắt và làm chủ các công nghệ tiên tiến cho phép chủ động, dễ dàng triển khai ứng dụng trong thực tế nhằm đem lại hiệu quả kinh tế, linh hoạt trong sản xuất, sửa chữa và bảo dưỡng hệ thống . Kết quả nghiên cứu này góp phần vào việc chế tạo các thiết bị tự động phân loại sản phẩm theo màu sắc, theo kích thức, theo chất liệu của từng sản phẩm như: Trong dây chuyền đóng két bia tại nhà máy bia hà Nội, Trong dây chuyền sản xuất xi măng, Trong dây chuyền sản xuất thuốc … Các thiết bị này sẽ dần thay thế các thiết bị ngoại nhập có tính năng tương đương, góp phần giảm giá thành sản phẩm, chủ động trong sản xuất9,10... Qua thời gian miệt mài nghiên cứu, xác định rõ yêu cầu của đề tài cũng như nhiệm vụ thực hiện, đến nay em đã xây dựng lên được mô hình có thể đáp ứng đúng với yêu cầu đề tài đặt ra. Nội dụng đề tài được trình bày cụ thể trong quyển thuyết minh: Tuy nhiên do điều kiện nghiên cứu, năng lực của bản thân còn hạn chế, rất mong được các thầy cô cùng bạn bè đồng nghiệp đóng góp những ý kến để hướng phát triển của đề tài được hoàn thiện hơn nữa:12 CHƯƠNG I : TỔNG QUAN 1.1 TÍNH THỜI SỰ CỦA ĐỀ TÀI Tự động ngày càng đóng vai trò quan trọng trong đời sống và công nghiệp. Ngày nay ngành tự động đã phát triển tới trình độ cao nhờ những tiến bộ của lý thuyết điều khiển tự động, của những ngành khác như điện, điện tử, tin học. Nhiều hệ thống điều khiển đã ra đời, phát triển mạnh và có khả năng phục vụ rộng như hệ thống điều khiển điện – khí nén, bộ điều khiển PLC. 12.. Riêng nước ta tới đây hàng rào thuế quan khu vực được loại bỏ hoàn toàn, kinh tế mở cửa hợp tác với nước ngoài. Trước tình hình đó, nền công nghiệp sẽ gặp không ít khó khăn do còn nhiều dây chuyền có công nghệ lạc hậu. Để có chỗ đứng và thế mạnh trên thương trường, nhà nước đặc biệt chú trọng đến ứng dụng và phát triển tự động trong sản xuất, nhằm nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm và hạ giá thành sản phẩm. Là một kỹ sư điện tự động hóa, công việc sẽ gắn liền với điều khiển tự động, vận hành hệ thống sản xuất. Bản thân em cũng đang giảng dạy các môn điều khiển tự động vì vậy em rất mong muốn là sẽ thiết kế được một dây chuyền sản xuất tự động với những khối kiến thức, kinh nghiệm đã được tích lũy được trong nhứng năm vừa qua. Nhờ đó giúp cho em có thêm những kinh nghiệm trong thực tế và hoàn thiện được khối kiến thức của mình tốt hơn. 12.. Công doạn đếm và phân loại sản phẩm là một khâu quan trọng trong dây chuyền sản xuất. Khâu đếm và phân loại sản phẩm giúp ta nhận biết được các loại sản phẩm theo một tiêu chí nhất định đã được cài đặt trong hệ thống phân loại sản phẩm và biết được cụ thể các thông tin về sản phẩm của dây chuyền, các thông tin liên tục được cập nhật làm cho tính chính xác mang lại hiệu quả kinh tế cao1. Quá trình vận chuyển, phân loại hay đếm sản phẩm con người có thể thực hiện được một cách dễ dàng tuy nhiên sẽ tốn đến nhân công cho công13 đoạn đó, hơn nữa chất lượng công việc còn phụ thuộc vào kiến thức, kinh nghiệm, kỹ năng cho nên khó có thể đảm bảo được chất lượng chính xác và ổn định lâu dài được. Một băng tải trong một dây chuyền của đơn vị sản xuất có thể vận chuyển sản phẩm trong quá trình sản xuất, có thể đếm, phân loại chính xác tuyệt đối sẽ có được chất lượng của sản phẩm đồng đều đảm bảo chính xác sẽ khắc phục được những yếu tố sai sót nếu sử dụng con người thực hiện trực tiếp theo cách thủ công, ngoài ra giúp cho doanh nghiệp giảm bớt chi phí sản xuất, đảm bảo chất lượng, tăng năng xuất giúp cho giá thành sản phẩm hạ khả năng cạnh tranh cao hơn1. Hiện nay nước ta đang thực hiện công cuộc đẩy mạnh “Công nghiệp hoá và Hiện đại hoá đất nước” trong đó giáo dục và đào tạo nguồn nhân lực lao động chất lượng cao được Đảng và nhà nước xác định là nhiệm vụ trọng tâm để nâng cao chất lượng nguộn nhân lực lao động, đáp ứng được nhu cầu phát triển của khoa học công nghệ và đáp ứng được nhu cầu sử dụng nguồn lao động chất lượng cao phù hợp với xã hội, đòi hỏi các cơ sở đào tạo phải đổi mới chương trình, phương pháp và đặc biết là thiết bị dạy học phảI đảm bào tính phù hợp với chương trình, đối tượng, nhu cầu xã hội. Để đầu tư các thiết bị dạy học hiện đại đáp ứng được nhu cầu trên thì các cơ sở đào tạo phải đầu tư nguồn kính phí tương đối lớn để mua sắm thiết bị phục vụ đào tạo, bên cạnh đó thiết bị điều khiển điện khí nén phục vụ đào tạo trong nước còn hạn chế 1,7,8,9,10...14 Một mô hình dây chuyền sản xuất thường có các khâu tuần tự như sau8: Hình 1.1: Mô hình điển hình cho dây chuyền sản xuất Với thời gian cũng như kinh nghiệm cò hạn chế nên trong đề tài em chỉ lựa chọn chế tạo một khâu Đếm – phân loại sản phẩm. Bên cạnh đó thì có nhiều hình thức phân loại sản phẩm ví dụ như:
Trang 1BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI - BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI
Trang 2BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI - BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI
Trang 3BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI - BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI
- -
KS BÙI VĂN DÂN
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DỊCH CHUYỂN VỊ TRÍ TRONG KHÔNG GIAN DÙNG
Trang 4Luận văn được hoàn thành tại Trường Đại học hàng hải Việt Nam
Người hướng dẫn khoa học: TS LƯU KIM THÀNH
Phản biện 1:
Phản biện 2:
Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn cấp Trường, họp tại
vào hồi giờ ngày tháng năm
Có thể tìm hiểu luận văn tại thư viện: Trung tâm TTTL, Khoa ĐT SĐH - Trường Đại học hàng hải Việt Nam
Trang 51
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu
và kết quả nêu trong luận văn là trung thực, chưa được ai công bố trong bất
Trang 62
LỜI CẢM ƠN
Thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp “Nghiên cứu mô hình dạy học
“Băng tải đếm - phân loại sản phẩm điều khiển bằng PLC S7-200 và điện khí nén” em đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ của các thầy cô khoa sau đại
học cùng các thầy cô trong khoa Điện trường Đại học Hàng Hải đã cung cấp cho em những kiến thức cần thiết, tạo điều kiện thuận lợi, giúp em hoàn thành luận văn theo đúng thời gian quy định
Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy TS Lưu Kim Thành
người đã hướng dẫn và tận tình giúp đỡ em trong suốt quá trình nghiên cứu
và thực hiện đề tài
Qua đây em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp từ các thầy cô
và các bạn đồng nghiệp, để giúp em có thêm những hiểu biết và hoàn thiện hơn trong quá trình làm việc sau này
Em xin chân thành cảm ơn !
Trang 73
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN 1
LỜI CẢM ƠN 2
MỤC LỤC 3
DANH MỤC CÁC BẢNG 5
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 6
MỞ ĐẦU 9
1 Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài: 9
2 Mục đích nghiên cứu của đề tài: 10
3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 10
4 Phương pháp nghiên cứu 10
5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 11
CHƯƠNG I : TỔNG QUAN 12
1.1 TÍNH THỜI SỰ CỦA ĐỀ TÀI 12
1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HIỆN NAY LIÊN QUAN TỚI ĐỀ TÀI VÀ HƯỚNG TẬP TRUNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 16
CHƯƠNG II : CHƯƠNG II: THIẾT KẾ LỰA CHỌN HỆ HIỆU ĐIỀU KHIỂN DÂY CHUYỀN ĐẾM - PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 26
1.3 TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN KHÍ NÉN, CÁC PHẦN TỬ ĐIỀU KHIỂN VÀ PHẦN TỬ CHẤP HÀNH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN KHÍ NÉN 27
1.3.1.Hệ thống điều khiển Điện Khí nén [1,15] 27
1.3.2 Các phần tử điện[1,15]: 28
1.3.3 Các phần tử điều khiển: 37
1.3.4 Cơ cấu chấp hành 41
CHƯƠNG II: THIẾT KẾ LỰA CHỌN HỆ HIỆU ĐIỀU KHIỂN DÂY CHUYỀN ĐẾM - PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 47
2.1 THIẾT KẾ LỰA CHỌN CẢM BIẾN 47
2.1.1 Khái quát chung về cảm biến [15] 47
2.1.2 Lựa chọn cảm biến 51
2.2 PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN ĐỘNG CƠ TRUYỂN ĐỘNG CHO DÂY CHUYỀN BĂNG TẢI 59
2.2.1 Động cơ điện một chiều 59
2.2.2 Động cơ xoay chiều 3 pha 59
2.2.3 Động cơ xoay chiều một pha có vành góp 60
- Hiệu suất làm việc không cao vì có tổn hao sắt và tổn hao phụ 60
2.2.4 Động cơ servo 60
2.2.5 Lựa chọn động cơ: 67
2.3 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN KHÍ NÉN CHO HỆ THỐNG 68
Trang 84
2.3.1 Sơ đồ hành trình bước 68
2.3.2 Mạch điều khiển điện khí nén 69
2.4 HỆ ĐIỀU KHIỂN PLC TRONG KHÂU ĐẾM VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM [9,10,12,7] 70
2.4.1 Vai trò của PLC trong khâu đếm và phân loại sản phẩm 70
2.4.2 Biểu diễn tín hiệu số 70
2.4.3 Thiết bị điều khiển trong logic khả trình 71
2.4.4 Cấu trúc của PLC 71
2.4.5 Bộ sử lý trung tâm 73
2.4.6 Phân loại PLC 75
2.4.7 Thiết bị điều khiển khả trình PLC S7-200 76
CHƯƠNG III: XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC TẾ 87
3.1 CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG MÔ HÌNH 87
3.1.1 Bản vẽ phần cơ khí 87
3.1.2 Sơ đồ khối nguyên lý chung điều khiển băng tải 88
3.1.3 Khối nguồn 89
3.1.4 Mạch động lực 91
3.1.5 Mạch điều khiển trung tâm 91
3.1.6 Mô hình tổng thể 93
3.2 XÂY DỰNG THUẬT TOÁN ĐIỀU ĐIỀU KHIỂN 94
3.3 VIẾT CHƯƠNG TRÌNH (xem phần phụ lục 4.3) 95
3.4 PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 96
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 98
1 Kết luận 98
2 Kiến nghị 98
TÀI LIỆU THAM KHẢO 99
PHỤ LỤC 101
4.1 Các sơ đổ mạch phần cứng 101
4.1.1 Sơ đồ mạch nguồn 101
4.1.2 Sơ đồ mạch công suất 101
4.2 Các hình ảnh thực tế 103
4.3 Chương trình điều khiển 104
Trang 95
DANH MỤC CÁC BẢNG – SƠ ĐỒ
Bảng 1.1: Kí hiệu các van 37
Sơ đồ1.1: Kí hiệu kiểu van 39
Sơ đồ 2.1 Mô hình thiết bị cảm nhận 47
Sơ đồ 2.2: Hệ thống điều khiển tự động quá trình 48
Bảng 2.1: Địa chỉ của PLC s7-200 82
Bảng 2.2: Vòng quét PLC 84
Trang 106
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Mô hình điển hình cho dây chuyền sản xuất 14
Hình 1.2: Dây chuyền tự động nhận dạng, phân loại gạch ốp lát Granite 16
(Ảnh: nhandan) 16
Hình 1.3: Các công nghệ then chốt đóng góp vào sự phát triển hệ thống 18
Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý - cấu trúc hệ thống phân loại gạo theo màu sắc 19
Hình 1.5: Yêu cầu phân loại theo màu sắc 20
Hình 1.6 - Sự sai khác so với nền (chỉnh ngang bằng với hạt tốt) của hạt lỗi và tạp chất 21
Hình 1.7: Quan hệ giữa hệ số phản xạ và bước sóng đối với gạo và các loại tạp chất 21
Hình 1.8 Mô hình tương tác ánh sáng với bề mặt vật liệu 22
Hình 1.9 Lưu đồ thuật toán xử lý nhận dạng 22
Hình 1.10 Lưu đồ thuật toán thu thập xử lý thời gian thực 23
Hình 1.11 Lưu đồ thuật toán chu trình tổng quát 23
Hình 1.12: Hệ thống điều khiển bằng khí nén 27
Hình 1.13: Trình tự một khâu điều khiển 28
Hình 1.14 Công tắc 28
Hình 1.15- Nút ấn a.Nút ấn đóng _mở b.Nút ấn chuyển mạch 29
Hình 1.16 Kí hiệu rơle theo DIN 40713 30
Hình 1.17 Rơle thời gian tác động muộn 30
Hình 1.18 Cách nối các cựcva tiếp điểm rơle thời gian tác động muộn 31
Hinh 1.21 Công tắc hành trình điện cơ 32
Hình 1.22: Hai dạng kí hiệu của công tắc hành trình điện cơ 32
Hình 1.23: Công tắc hành trình nam châm 33
Hình 1.24 : Nguyên ký hoạt động của cảm biến cảm ứng từ 34
Hình 1.25 : Cách lắp và kí hiệu cảm biến cảm ứng từ 34
Hình 1.26: Nguyên lý hoạt động của cảm biến điện dung 35
Hình 1.27: Kí hiệu cảm biến điện dung 35
Hình 1.28: Cảm biến quang 36
Hình 1.29:a.Cảm biến quang một chiều, b.Cảm biến quang phản hồi 36
Hình 1.30: Kí hiệu cảm biến quang 36
Trang 117
Hình 1.31: Van 2/2 điều khiển trực tiếp bằng nam châm điện 38
Hình 1.32: Cấu tạo và kí hiệu van đảo chiều 3/2điều khiển gián tiếp bằng nam châm điện và khí nén 39
Hình 1.33: Van một chiều 40
Hình 1.34: Van logic OR 40
Hình 1.34:: Van xả khí nhanh 41
Hình 1.35: Lực tác dụng lên xylanh tác dụng đơn 41
Hình 1.36: Xylanh tác dụng kép 42
Hình 1.37: Xylanh tác dụng kép không có bộ phận giảm chấn ở cuối khoảng chạy 42
Hình 1.38: Xylanh tác dụng hai chiều, có bộ phận giảm chấn ở cuối khoảng chạy 43
Hình 1.39: Động cơ bánh răng 43
Hình 1.40: Động cơ trục vít 44
Hình 1.41: Cấu tạo của động cơ cánh gạt 44
Hình 1.42: Động cơ pittông hướng kính 45
Hình 1.43: Động cơ pittông dọc trục 45
Hình 1.44: Động cơ tua bin dọc trục 46
Hình 1.45: Động cơ màng 46
Hình 2.1: Cơ sở của cảm biến từ 52
Hình 2.2: Cấu trúc đầu cảm ứng 53
Hình 2.3: Đường sức từ và sự tác động của vật kim loại 54
Hình 2.4: Hoạt động cảu cảm biến từ tiệm cận chuyển mạch 55
Hình 2.5: Khoảng cách tác động phụ thuộc vật liệu 56
Hình 2.6: Cảm biến từ loại chuyển mạch 57
Hình 2.7: Cảm biến từ loại tín hiệu ra tương tự 57
Hình 2.8: Cảm biến từ loại IWA 30 U 9001 (Baumer) 58
Hình 2.9: Cảm biến từ loại IWA 18 U 9001 (Baumer) 58
Hình 2.10: Sơ đồ khối của động cơ servo tiêu biểu 61
Hình 2.11: Điều khiển servo 62
Hình 2.12: Mạch động cơ DC servo 64
Hình 2.13: Sơ đồ khối của hệ điều khiển đông cơ DC kiểu tương tự 67
Hình 2.14: Mạch điều khiển động cơ DC servo 67
Trang 128
Hình 2.15: Sơ đồ nguyên lý hành trình bước 69
Hình 2.16: Sơ đồ điện khí nén 70
Hình 2.17: Sơ đồ cấu trúc bộ nhớ của PLC 73
Hình 2.18: cấu trúc tổng quan của PLC 75
Hình 2.18: Hình ảnh các loại PLC 75
Hình 2.19: Hình ảnh thật thiết bị PLC – s7 200 76
Hính 2.20: Cách kết nối PLC với PC 78
Hình 3.1: bản vẽ phần cơ khí 87
Hình 3.2: Sơ đồ khối nguyên lý chung điều khiển băng tải 88
Hình 3.3: Sơ đồ động lực 91
Hình 3.4: Sơ đồ kết nối giao tiếp thiết bị ngoại vi - PLC 91
Hình3.5 : Mạch giao tiếp phần cứng đầu ra 92
Hình : 3.6: mạch điều khiển khí nén 92
Hình 3.7 : mô hình tổng thể 94
Hình 3.8: Lưu đồ thuật toán 95
Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn 101
Hình 4.2: Sơ đồ board mạch nguồn 101
Hình 4.3: Sơ đồ nguyên lý mạch công suất 102
Hình 4.4: Sơ đồ board mạch công suất 103
Hình 4.5: Hình ảnh mô hình thực tế 104
Trang 139
MỞ ĐẦU
1 Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài:
Hiện nay sự tiến bộ khoa học kĩ thuật trên thế giới diễn ra nhanh chóng, với sự ra đời của hàng loạt những sản phẩm mới ứng dụng những tiến bộ ở những nước phát triển.Đặc biệt trong những năm gần đây kĩ thuật điều khiển phát triển mạnh mẽ, có nhiêug công nghệ điều khiển mới được ra đời để thay thế cho những công nghệ đã lỗi thời
Để bắt kịp với tiến bộ khoa học kĩ thuật trên thế giới cũng như đáp ứng yêu cầu CNH_HĐH đất nước thì ngành công nghiệp Việt Nam đang thay đổi nhanh chóng, công nghệ và thiết bị hiện đại đang dần dần được thay thế các công nghệ lạc hậu và thiết bị cũ Các thiết bị công nghệ tiên tiến với
hệ thống điều khiển lập trình PLC, Vi xử lý, điện khí nén, điện tử Đang được úng dụng rộng rãi trong công nghiệp như các dây truyền xản xuất nước ngọt, chế biến thức ăn gia xúc, máy điều khiển theo chương trình CNC, các
hệ thống đèn giao thông, các hệ thống báo động Trong các trường đại học, cao đẳng và các trường trung học chuyên nghiệp và dạy nghề đã và đang đưa các thiết bị hiện đại theo thiên hướng tự động hóa có khả năng lập trình được đưa vào giảng dạy Một trong những loại thiết bị có ứng dụng mạnh mẽ và đảm bảo có độ tin cậy cao đáp ứng được với môi trường công nghiệp là hệ thống điều khiển tự động PLC[4,10,11,12,13]
Để trang bị cho sinh viên sau khi ra trường ngày Điện – Điện tử có thể làm chủ được với các công nghệ tự động hóa, thì điều đầu tiên trong môi trường dạy học cũng phải mang chuẩn các điều kiện công nghiệp, đặc biệt hơn cả là trong các bài giảng, giáo trình cũng phải luôn bám sát với thực tế, với xu thế xã hội Để làm được điều này thì phương tiên hỗ trợ các bài giảng
là hết sức cần thiết Đối với môn học điều khiển PLC thì các mô hình thực tế
là không thể thiếu Đáp ứng nhu cầu này các sản phẩm nhập ngoại như các dây chuyền của hãng FESTO, LUCAS là rất chuyên nghiệp Nhưng trong điều kiện kinh tế hiện nay ngành giáo dục cung ứng cho cá trường đào tạo là
Trang 1410
rất ít Chính vì thế bản thân em là một Giáo viên đang giảng dạy về lĩnh vự
tự động hóa nhận thấy nhu cầu là rất cần thiết, cho nên em đã lựa chọn đề tài
“Nghiên cứu mô hình dạy học “Băng tải đếm - phân loại sản phẩm điều khiển bằng PLC S7-200 và điện khí nén” Đây cũng là vấn đề được nghiên
cứu và giải quyết trong trong bản luận văn này[11,13]
2 Mục đích nghiên cứu của đề tài:
Mục đính chính của đề tài này là “Nghiên cứu mô hình dạy học “Băng
tải đếm - phân loại sản phẩm điều khiển bằng PLC S7-200 và điện khí nén”
để có thể sử dụng trong việc giảng dạy, học tập áp dụng cho các môn học điều khiển PLC, kỹ thuật cảm biến Được áp dụng trong các trường đào tạo nghề nói riêng và các trường kỹ thuật nói chung[10,13]
3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu vai trò và các chức năng của hệ thống dây chuyền đếm phấn loại sản phẩm.[1,3]
- Nghiên cứu tổng quan về lý thuyết các loại cảm biến, cách kết nối cảm biến với PLC[10,13]
- Thiết kế và chế tạo thử nghiệm các modul cơ bản nhất của một hệ thống phân loại sản phẩm: Trung tâm điều khiển, modul địa chỉ hoá cho các sensor, các modul vào/ra để điều khiển dây chuyền (Băng tải, Xylanh 1, Xylanh 2, Xylanh 3, Xylanh 4 [1]
- Viết phần mềm để viết chương trình cho PLC
- Chạy thử và đánh giá kết quả
4 Phương pháp nghiên cứu
Để giải quyết vấn đề nêu trên ta sử dụng phương pháp nghiên cứu, phân tích tổng quan hệ phân loại sản phẩm, các loại sản phẩm khác nhau; Từ đó lựa chọn giải pháp cảm biến cho hệ thống
Tìm hiểu sâu về chuyển động của dây chuyền; Từ đó đề xuất cấu hình
hệ thống và tiến hành chế tạo thử nghiệm để khẳng định tính đúng đắn của
kết quả nghiên cứu
Trang 1511
5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Nhằm nắm bắt và làm chủ các công nghệ tiên tiến cho phép chủ động,
dễ dàng triển khai ứng dụng trong thực tế nhằm đem lại hiệu quả kinh tế, linh hoạt trong sản xuất, sửa chữa và bảo dưỡng hệ thống
Kết quả nghiên cứu này góp phần vào việc chế tạo các thiết bị tự động phân loại sản phẩm theo màu sắc, theo kích thức, theo chất liệu của từng sản phẩm như: Trong dây chuyền đóng két bia tại nhà máy bia hà Nội, Trong dây chuyền sản xuất xi măng, Trong dây chuyền sản xuất thuốc … Các thiết bị này sẽ dần thay thế các thiết bị ngoại nhập có tính năng tương đương, góp phần giảm giá thành sản phẩm, chủ động trong sản xuất[9,10]
Qua thời gian miệt mài nghiên cứu, xác định rõ yêu cầu của đề tài cũng như nhiệm vụ thực hiện, đến nay em đã xây dựng lên được mô hình có thể đáp ứng đúng với yêu cầu đề tài đặt ra Nội dụng đề tài được trình bày cụ thể trong quyển thuyết minh:
Tuy nhiên do điều kiện nghiên cứu, năng lực của bản thân còn hạn chế, rất mong được các thầy cô cùng bạn bè đồng nghiệp đóng góp những ý kến
để hướng phát triển của đề tài được hoàn thiện hơn nữa:
Trang 1612
CHƯƠNG I : TỔNG QUAN 1.1 TÍNH THỜI SỰ CỦA ĐỀ TÀI
Tự động ngày càng đóng vai trò quan trọng trong đời sống và công nghiệp Ngày nay ngành tự động đã phát triển tới trình độ cao nhờ những tiến bộ của lý thuyết điều khiển tự động, của những ngành khác như điện, điện tử, tin học Nhiều hệ thống điều khiển đã ra đời, phát triển mạnh và có khả năng phục vụ rộng như hệ thống điều khiển điện – khí nén, bộ điều khiển PLC [12]
Riêng nước ta tới đây hàng rào thuế quan khu vực được loại bỏ hoàn toàn, kinh tế mở cửa hợp tác với nước ngoài Trước tình hình đó, nền công nghiệp sẽ gặp không ít khó khăn do còn nhiều dây chuyền có công nghệ lạc hậu Để có chỗ đứng và thế mạnh trên thương trường, nhà nước đặc biệt chú trọng đến ứng dụng và phát triển tự động trong sản xuất, nhằm nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm và hạ giá thành sản phẩm
Là một kỹ sư điện tự động hóa, công việc sẽ gắn liền với điều khiển tự động, vận hành hệ thống sản xuất Bản thân em cũng đang giảng dạy các môn điều khiển tự động vì vậy em rất mong muốn là sẽ thiết kế được một dây chuyền sản xuất tự động với những khối kiến thức, kinh nghiệm đã được tích lũy được trong nhứng năm vừa qua Nhờ đó giúp cho em có thêm những kinh nghiệm trong thực tế và hoàn thiện được khối kiến thức của mình tốt hơn [12]
Công doạn đếm và phân loại sản phẩm là một khâu quan trọng trong
dây chuyền sản xuất Khâu đếm và phân loại sản phẩm giúp ta nhận biết được các loại sản phẩm theo một tiêu chí nhất định đã được cài đặt trong hệ thống phân loại sản phẩm và biết được cụ thể các thông tin về sản phẩm của dây chuyền, các thông tin liên tục được cập nhật làm cho tính chính xác mang lại hiệu quả kinh tế cao[1]
Quá trình vận chuyển, phân loại hay đếm sản phẩm con người có thể thực hiện được một cách dễ dàng tuy nhiên sẽ tốn đến nhân công cho công
Trang 1713
đoạn đó, hơn nữa chất lượng công việc còn phụ thuộc vào kiến thức, kinh nghiệm, kỹ năng cho nên khó có thể đảm bảo được chất lượng chính xác và
ổn định lâu dài được
Một băng tải trong một dây chuyền của đơn vị sản xuất có thể vận chuyển sản phẩm trong quá trình sản xuất, có thể đếm, phân loại chính xác tuyệt đối sẽ có được chất lượng của sản phẩm đồng đều đảm bảo chính xác sẽ khắc phục được những yếu tố sai sót nếu sử dụng con người thực hiện trực tiếp theo cách thủ công, ngoài ra giúp cho doanh nghiệp giảm bớt chi phí sản xuất, đảm bảo chất lượng, tăng năng xuất giúp cho giá thành sản phẩm hạ khả năng cạnh tranh cao hơn[1]
Hiện nay nước ta đang thực hiện công cuộc đẩy mạnh “Công nghiệp hoá và Hiện đại hoá đất nước” trong đó giáo dục và đào tạo nguồn nhân lực lao động chất lượng cao được Đảng và nhà nước xác định là nhiệm vụ trọng tâm để nâng cao chất lượng nguộn nhân lực lao động, đáp ứng được nhu cầu phát triển của khoa học công nghệ và đáp ứng được nhu cầu sử dụng nguồn lao động chất lượng cao phù hợp với xã hội, đòi hỏi các cơ sở đào tạo phải đổi mới chương trình, phương pháp và đặc biết là thiết bị dạy học phảI đảm bào tính phù hợp với chương trình, đối tượng, nhu cầu xã hội Để đầu tư các thiết bị dạy học hiện đại đáp ứng được nhu cầu trên thì các cơ sở đào tạo phải đầu tư nguồn kính phí tương đối lớn để mua sắm thiết bị phục vụ đào tạo, bên cạnh đó thiết bị điều khiển điện khí nén phục vụ đào tạo trong nước còn hạn chế [1,7,8,9,10]
Trang 18
14
Một mô hình dây chuyền sản xuất thường có các khâu tuần tự như sau[8]:
Hình 1.1: Mô hình điển hình cho dây chuyền sản xuất
Với thời gian cũng như kinh nghiệm cò hạn chế nên trong đề tài em chỉ lựa
chọn chế tạo một khâu Đếm – phân loại sản phẩm Bên cạnh đó thì có nhiều
hình thức phân loại sản phẩm ví dụ như:
+ Phân loại theo kích thước
+ Phân loại theo khối lượng hay trọng lượng
+ Phân loại theo màu sắc
+ Phân loại theo vật liệu làm sản phẩm
+ Phân loại theo chất lượng
+ Phân loại theo hình dạng của sản phẩm
Với những phân tích trên em đã lựa chọn đề tài là “Nghiên cứu mô hình
dạy học “Băng tải đếm - phân loại sản phẩm điều khiển bằng PLC S7-200
và điện khí nén” để có thể sử dụng trong việc giảng dạy, học tập áp dụng cho
các môn học điều khiển PLC, kỹ thuật cảm biến Được áp dụng trong các
Khâu lấy nguyên liệu
Khâu chế biến nguyên liệu
Khâu chế tạo sản phẩm
Khâu kiểm tra chất lượng sản phẩm
Khâu đếm và phân loại sản phẩm
Khâu đóng gói sản phẩm
Trang 19đến khu nhận dạng phân loại sản phẩm (cảm biến nhận dạng 2 màu) Khi
nhân dạng được từng loại sản phẩm thì động cơ sẽ dừng lại tại đúng cử theo quy định nhờ tại các cửa cho mỗi loại sản phẩm có một cảm biến quang nhận dạng để dùng động cơ cho dây chuyền dừng đúng cửa đó, đồng thời xylanh khí nén tại cử đó được tác động đẩy sản phẩm vào các máng dẫn cho từng loại sản phẩm (mỗi mang dẫn một sản phẩm màu khác nhau) Quá trình diễn
ra liên tục Hệ thống dừng khi nhấn nút Stop
Cũng có thể thực hiện theo nguyên lý: Khi nhấn nút Start khởi động hệ
thống, nhấn nú Stop tắt hệ thống, nhấn D dừng hệ thống (khởi động lại nhấn Start) Hệ thống khởi động nhờ một Cảm biến nhận biết có sản phẩm tại dây chuyền qua đó làm khởi động băng tải Sản phẩm đi tới các vị tri của 2 cảm biến nhận dạng màu cảu sản phẩm Nếu phân biệt được màu nào thì băng tải dừng tại vị trí màu đó, Xylanh tại vị trí đó đẩy ra, kết hợp để đếm sản phẩm Khi xylanh đi về hết thì làm khởi động lại dây chuyền Hệ thống cứ tiếp tục họat động theo đúng chu trình
Việc nghiên cứu, chế tạo và ứng dụng được hệ thống đếm và phân loại sản phẩm theo màu sắc để thay thế một phần nào sản phẩm nhập ngoại, với nguồn nhân lực sẵn có trong nước nhằm tăng tỷ lệ nội địa hoá, giảm giá thành tổng chi phí vận chuyển, làm chủ công nghệ và chủ động trong việc tự cung cấp vật tư tại các nhà máy sản xuất các dây chuyền tự động Điều này rất phù hợp với tình hình và xu hướng phát triển kinh tế kỹ thuật của nước ta
Trang 20Hướng thứ nhất: Được trích dẫn từ bài viết Quân đội nhân dân,được
xây dựng từ Nhóm tác giả ở Viện tự động hóa Kỹ thuật quân sự (Bộ Quốc
phòng) đã thực hiện thành công đề tài "Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống
tự động hóa nhận dạng và phân loại sản phẩm công nghiệp"
Với ứng dụng công nghệ nhận dạng, xử lý ảnh và trí tuệ nhân tạo trên
cơ sở hệ thống thu thập thông tin ảnh chất lượng cao sẽ bảo đảm tốc độ và độ chính xác nhận dạng phân loại sản phẩm đạt tiêu chuẩn cao hơn hẳn bằng mắt thường hoặc các phương pháp thủ công khác xem hình 1
Hình 1.2: Dây chuyền tự động nhận dạng, phân loại gạch ốp lát Granite
(Ảnh: nhandan)
Trang 2117
Hệ thống có tính linh hoạt và thích nghi cao vì có thể áp dụng trong nhiều dây chuyền công nghiệp sản xuất hàng loạt sản phẩm có tiêu chuẩn phân loại cần áp dụng công nghệ nhận dạng và xử lý ảnh Tính thích nghi của hệ thống tạo các khả năng ứng dụng cho nhiều loại sản phẩm khi cần thiết bằng sự thay đổi mềm dẻo các đặc trứng của mẫu sản phẩm
Bằng cách sử dụng các công cụ của trí tuệ nhân tạo như Fuzzy Logic, mạng nơ-ron nhân tạo để tạo ra các hệ thống vừa có hàm lượng khoa học công nghệ cao vừa có các chỉ tiêu và tính năng kỹ thuật tốt phục vụ được cho các bài toán ứng dụng nhận dạng và phân loại sản phẩm
Kết quả kiểm tra của Bộ Khoa học và Công nghệ cùng Ban chủ nhiệm Chương trình đều đánh giá: Đề tài bám sát nội dung yêu cầu theo đề cương nghiên cứu và theo hợp đồng, thực hiện nghiêm túc, tạo sản phẩm có ý nghĩa
về mặt KHCN và có khả năng áp dụng trong thực tiễn Hệ thống bảo đảm độ tin cậy, ổn định, tự động hóa cao thay thế hoàn toàn con người Hệ thống này gồm ba phần chính: Phần thứ nhất là khối thu thập thông tin ảnh, xử lý nhận dạng và ra quyết định bao gồm một hệ thống camera và hệ thống đèn chiếu sáng chuyên dụng được đặt trong một buồng chắn sáng gá trên băng chuyền Buồng chắn sáng có tác dụng che ánh sáng tự nhiên và chỉ giữ lại ánh sáng của đèn chiếu sáng (đảm bảo độc lập với môi trường ánh sáng bên ngoài) Khi một sản phẩm đi qua buồng chắn sáng, hệ thống camera thu nhận
ảnh bề mặt của sản phẩm đó và chuyển cho phần mềm nhận dạng và phân
loại Phần mềm này sẽ thực hiện nhận dạng sản phẩm và ra quyết định xem
nó thuộc loại chất lượng nào
Hướng thứ hai: Được trích dẫn Theo tạp chí Tự động hóa nông nghiệp
do TS Trần Anh Quân, KS Nguyễn Tuấn Quang với đề tài “Tự động
phân loại gạo theo màu sắc” ( 06/11/2007) thực hiện
Trang 2218
Hệ thống phân loại gạo bằng màu sắc do Viện IMI phát triển và vấn đề
tự động nhận dạng, xử lý phân loại trong chế biến gạo phục vụ xuất khẩu, khả năng ứng dụng công nghệ quang-cơ điện tử (opto-mechatronic technology) trong ứng dụng cụ thể của “hệ máy nhìn” là đề tài được đánh giá cao tại VICA 6
Hệ thống phân loại hạt theo màu sắc và những vấn đề chính phải giải quyết
Hình 1.3: Các công nghệ then chốt đóng góp vào sự phát triển hệ thống
Những năm gần đây, công nghệ quang học gắn kết với các hệ thống cơ điện
tử rất nhanh, tạo ra số lượng lớn sản phẩm cơ điện tử - các máy móc, hệ thống với những bộ phận quang học “thông minh” Như biểu diễn ở hình 1,
sự hiện diện của công nghệ quang học ngày càng rõ nét, cho phép nâng cao giá trị và hiệu năng của hệ thống, bởi các phần tử quang học kết hợp với các phần tử cơ điện tử nhúng trong hệ thống đã đem lại giải pháp cho nhiều vấn
đề kỹ thuật hóc búa Dưới đây phân tích một số kết quả nghiên cứu ứng dụng
kỹ thuật quang-cơ điện tử trong máy phân loại gạo theo màu sắc của Viện IMI
Trang 2319
Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý - cấu trúc hệ thống phân loại gạo theo màu sắc
Các hệ thống phân loại hạt theo màu sắc nói chung, phân loại gạo theo màu sắc nói riêng có sơ đồ nguyên lý, cấu trúc như hình 3 Vật liệu (gạo) được cấp bằng bộ cấp liệu rung xuống máng dẫn, ổn định quĩ đạo trên máng rồi chuyển động qua vùng nhận dạng của camera (CCD hoặc CMOS) Màu sắc của đối tượng dịch chuyển (hạt gạo) được nhận biết tức thời (xử lý thời gian thực) và máy tính công nghiệp (IPC) ra quyết định về khả năng chấp nhận hạt đã nhận dạng, phát tín hiệu cho súng phun khí nén bắn hạt đó ra khỏi quĩ đạo dịch chuyển nếu không đạt yêu cầu về chất lượng (trong trường hợp này thông qua màu sắc), và ngược lại thì không phát tín hiệu Qua khỏi vùng nhận dạng, gạo chính phẩm và phế phẩm sẽ được phân tách và chứa trong hai khoang chứa tách biệt Từ đây có thể vào kho hoặc qua máy đóng bao Việc xử lý và ra quyết định chỉ được phép diễn ra dưới 0,13 mili giây Bài toán xử lý thời gian thực ở đây đóng vai trò vô cùng quan trọng Nó đòi hỏi
hệ thống chiếu sáng phù hợp, kết cấu buồng nhận dạng chuẩn xác, cho phép phân tách các ngưỡng màu tốt; hệ thống camera ghi nhận hình ảnh gần như tức thời và tốc độ chuyển đổi tín hiệu, tốc độ tính toán rất cao Độ chính xác
Trang 2420
của kết cấu cơ khí cũng đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định dòng liệu, giúp cho phần xử lý chỉ phải bù các sai số hệ thống Bài toán ở đây là tổng hợp của nhiều nhiệm vụ phải giải quyết về cơ khí chính xác, kỹ thuật quang điện, hệ thống điện tử điều khiển, phần mềm xử lý, điện động lực, các cơ cấu tác động nhanh, Các hệ thống cơ khí được gia công trên máy CNC với độ chính xác đến 10-3mm Nguồn sáng sử dụng là đèn fluorescence tần số cao (100 kHz) Camera CCD quét dòng được tính toán chọn phù hợp về tốc độ,
độ phân giải, độ nhạy Các van điện khí chuyên dụng có đặc tính trễ dưới 0,7 mili giây Phần điều khiển điện tử được Viện IMI thiết kế chế tạo trong nước Dưới đây đi sâu phân tích cơ sở ánh sáng và giới thiệu phần mềm nhận dạng thời gian thực sử dụng trong máy phân loại gạo ROPSOTEC 3.01A của Viện IMI - một số cơ sở chính đảm bảo điều kiện nhận dạng và chất lượng phân loại
Cơ sở ánh sáng và vấn đề nhận dạng, phân loại hạt (nông sản) theo màu sắc
Hình 1.5: Yêu cầu phân loại theo màu sắc
Hình 1.5 là ảnh chụp hạt gạo đầu vào, đầu ra Gạo đầu vào (đã qua các công đoạn khác của dây chuyền xử lý như xay xát, sàng sảy, đánh bóng,…) được nhận dạng và xử lý loại bỏ các hạt ngoại lai (hạt đỏ, vàng, bạc bụng, tạp chất) Muốn phân loại tốt, phải nhận dạng chính xác, ra quyết định đúng
và kịp thời để xử lý loại bỏ hạt ngoại lai vốn được phân định theo màu sắc (hình 1.6) Hình 1.7 là quan hệ xác định bằng thực nghiệm, qua đó cho phép phân định các hạt ngoại lai trên cơ sở lựa chọn nguồn sáng phù hợp Không chỉ cần nguồn sáng phù hợp, quan trọng và khó khăn hơn nhiều là phải đảm
Trang 25bề mặt mà tương tác theo khuynh hướng nào trội nhất Với máy phân loại hạt nông sản nói chung, do tính chất vật liệu, chỉ khảo sát trường phản xạ và khuếch tán
Phần mềm nhận dạng và phân loại theo màu sắc
Trang 2622
Hình 1.8 Mô hình tương tác ánh sáng với bề mặt vật liệu
Cấu trúc hệ thống xử lý nhận dạng trong máy phân loại gạo theo màu sắc ROPSOTEC dựa trên nền máy tính công nghiệp Phần mềm máy phân loại gồm các nhóm chức năng chính sau: Đặt ngưỡng phân loại; Bắt đầu/kết thúc quá trình phân loại; Thiết đặt và kiểm tra (chọn chế độ, mô đun, kiểm tra van, chổi quét, bộ rung)
Thiết lập các tham số và hiệu chỉnh máy (thiết đặt camera, thông số trễ bắn và duy trì thổi khí, tự động hiệu chỉnh, theo dõi phổ) Phần mềm cho máy phân loại gạo được chia thành 4 nhóm thuật toán chính sau: Thu thập và
xử lí theo thời gian thực (hình 1.9); Thuật toán xử lí nhận dạng hạt (hình 1.10); Các hàm điều điều khiển logic chung của toàn máy (hình 1.11); Các hàm và tiện ích dùng để phân tích và hiển thị ảnh số Đây là các thuật toán trọng yếu để đảm bảo chất lượng phân loại “Phần mềm nhận dạng và điều khiển máy phân loại gạo theo màu sắc” đã được đăng ký bản quyền tác giả
số 1533/2004/QTG tại Cục bản quyền tác giả
Hình 1.9 Lưu đồ thuật toán xử lý nhận dạng
Trang 2723
Hình 1.10 Lưu đồ thuật toán thu thập xử lý thời gian thực
Hình 1.11 Lưu đồ thuật toán chu trình tổng quát
Kết luận
Trang 2824
Bài báo cho thấy cái nhìn tổng quan về hệ thống và một số vấn đề cần chú trọng giải quyết nhằm đảm bảo chất lượng phân loại: tính chọn chuẩn xác cấu hình hệ thống quang - điện; thiết kế kết cấu đảm bảo chất lượng ánh sáng
ổn định và trung thực; các thuật toán chính yếu (thu thập và xử lí theo thời gian thực, xử lí nhận dạng hạt, các hàm điều khiển logic chung của toàn máy, các hàm và tiện ích dùng để phân tích và hiển thị ảnh số) được giải quyết triệt để
Phần thứ hai là khối điều khiển hệ thống; Bao gồm điều khiển riêng rẽ các
khối thành phần trong hệ thống, đồng thời, điều khiển quá trình, điều khiển phối hợp toàn bộ hệ thống
Phần thứ ba là khối cơ cấu cơ khí chấp hành phân loại Đó là một băng
chuyền dọc, có khe được đặt nối tiếp theo băng chuyền của nhà sản xuất
Trên băng chuyền có các vị trí phân loại ứng với các mẫu sản phẩm Mỗi vị trí phân loại được lắp một tay máy phía trên và giá đỡ sản phẩm ở phía dưới Khi sản phẩm đi qua hệ thống thu nhận ảnh, bộ xử lý nhận dạng và ra quyết định sẽ tính toán và ra kết quả là sản phẩm thuộc loại chất lượng tiêu chuẩn nào Băng tải sẽ chuyển sản phẩm theo rãnh chất lượng tương ứng
Sản phẩm Hệ thống tự động hóa nhận dạng và phân loại sản phẩm công nghiệp của Viện tự động hóa kỹ thuật quân sự đã được Bộ Khoa học và
Công nghệ cấp giấy chứng nhận, được tặng cúp vàng Techmart Việt Nam
2005
Hệ thống đã tích hợp được vào dây chuyền của các nhà máy sản xuất gạch ốp lát Thạch Bàn, Sao Đỏ và công ty vật liệu chịu lửa Trúc Thôn thuộc Tổng công ty thép Việt Nam
Theo GS-TSKH Cao Tiến Huỳnh, Phó chủ nhiệm chương trình KHCN
cấp Nhà nước "Công nghệ tự động hóa", kết quả của công trình là sản phẩm
của sự gắn kết giữa ba nhà khoa học và nhà quản lý với nhà sản xuất Với giá thành chỉ bằng 50% hoặc thấp hơn so với hệ thống nhập ngoại cùng loại Hy vọng, sản phẩm của đề tài sẽ được các nhà sản xuất trong nước đón nhận
Trang 2925
Hướng thứ ba: Qua quá trình tìm hiểu, nghiên cứu và tham khảo trên
nhiều tài liệu khác nhau, để đề tài đáp ứng Mô hình dạy học “Băng tải đếm –
phân loại sản phẩm điều khiển bằng PLC S7-200 kết hợp với điện khí nén”
phù hợp trong môi trường giảng dạy trong các trường kỹ thuật và dạy nghề như sau Đây cũng là nội dung hướng tập trung nghiên cứu của đề tài [3,9,12, 16]
Hướng tập trung nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu, tìm hiểu sâu về các loại cảm biến màu sắc để nhận biết phân loại sản phẩm trên dây chuyền băng tải được đặt tại chính các vị trí máng phân loại, các loại cảm biến từ để nhận biết đầu và cuối hành trình của xylanh khi di chuyển đẩy sản phẩm rời khỏi vị trí băng chuyền, động cơ Servo để điều khiển chuyển động cho dây chuyền băng tải, xử lý các thông tin lấy về từ các cảm biến cũng như đưa ra các lệnh điều khiển dây chuyền hay tác động của xylanh để phân loại sản phẩm được thực hiện bởi bộ xử lý trung tâm PLC S7 - 200 Từ đó đề xuất cấu hình hệ thống và tiến hành chế tạo thử nghiệm Chạy thử và đánh giá kết quả
Phương pháp giải quyết bài toàn như sau:
- Nghiên cứu hệ thống điều khiển dịch chuyển dây chuyền băng tải dùng động cơ servo, mục đích để điều khiển dây chuyền khởi động và dừng tại vị chí chính xác nhờ cơ cấu Encorder cấu tạo bên trong động cơ servo
- Nghiên cứu xử lý các tín hiệu cảm biến: cảm biến màu, cảm biến từ tiệm cận
- Nghiên cứu hệ truyền thông qua cổng RS 485 chuẩn truyền thông công nghiệp
- Nghiên cứu ứng dụng PLC để xử lý các thông tin đưa ra các tín hiệu điều khiển cho dây chuyền
- Viết phần mềm sử dụng viết chương trình trên PLC S7 – 200
- Chạy thử và đánh giá kết quả
Trang 3026
Do thời gian nghiên cứu và thực hiện đề tài còn hạn hẹp, với vốn kiến thức và việc tìm hiểu về hệ thống điều khiển và cơ cấu cấu tạo, cũng như các
bộ phận chi tiết trong hệ thống điều khiển còn hạn chế, luận văn này thực
hiện trong phạm vi Mô hình dạy học “Băng tải đếm – phân loại sản phẩm
điều khiển bằng PLC S7-200 kết hợp với điện khí nén” bao gồm các phần
sau:
MỞ ĐẦU: Trình bày tính cấp thiết của đề tài, nêu mục đích và phạm vi
nghiên cứu, ý nghĩa thực tiễn và khoa học của đề tài
CHƯƠNG I : TỔNG QUAN
Nêu nên tính thời sự của đề tài, phân tích đánh giá các công trình nghiên cứu đã có liên quan đến đề tài và những vấn đề mà đề tài cần tập trung nghiên cứu giải quyết
Trình bày ngắt gọn về các phàn tử cấu thành lên hệ thống: Khí nén, điện khí nén…
CHƯƠNG II : CHƯƠNG II: THIẾT KẾ LỰA CHỌN HỆ HIỆU ĐIỀU KHIỂN DÂY CHUYỀN ĐẾM - PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
Trình bày chi tiết về tổng quan, tính toán, lựa chọn về các loại cảm
biến, động cơ chuyển động, các vấn đề cơ bản về PLC S7 - 200
CHƯƠNG III: XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC TẾ : Thiết kế cấu
hình chung của hệ thống Thiết kế, chế tạo các moldul cơ bản nhất của hệ
thống
Viết phần mềm điều khiển tương ứng cho các modul này
Kết nối hệ thống hoàn chỉnh và chạy thử nghiệm
KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ: Đưa ra các nhận xét, đánh giá về hệ thống,
những điểm đạt được và những hạn chế, điểm chưa đạt được của đề tài Nêu kiến nghị bản thân và các đề xuất hoàn thiện hệ thống cũng như hướng phát triển của đề tài
Trang 3127
1.3 TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN KHÍ NÉN, CÁC PHẦN TỬ ĐIỀU KHIỂN VÀ PHẦN TỬ CHẤP HÀNH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN KHÍ NÉN
1.3.1.Hệ thống điều khiển Điện Khí nén [1,15]
Hệ thống điều khiển bằng khí nén bao gồm: Thiết bị điều khiển và đối
tượng điều khiển
Hình 1.12: Hệ thống điều khiển bằng khí nén
+ Phần tử đưa tín hiệu: nhận những giá trị của đại lượng vật lí như là đại lượng và, là phần tử đầu tiên của mạch điều khiểu Ví dụ: nút ấn, công tắc, cảm biến
+ Phần tử xử lí tín hiệu:Xử lí tín hiệu nhận vào theo một quy tắc lôgíc xác định làm thay đổi trạng thái của phần tử điều khiển Ví dụ :Van lôgícOR hoặc AND, rơ le
+ Phần tử điều khiển: Điều khiển dòng năng lượng theo yêu cầu, thay đổi trạng tháI của cơ cấu chấp hành Ví dụ : van đảo chiều, van tiết lưu
+ Cơ cấu chấp hành: Thay đổi trạng thaí của đối tượng điều khiển, là đại lựơng ra của mạch điều khiển: Ví dụ : Xilanh , động cơ dầu
Đối tượng điều khiển
Thiết bị điều khiển
Dây chuyền sản xuất
Tín hiệu nhiễu
Tín hiệu điều khiển
Trang 32- Van đảo chiều
- Van chắn (Van một chiều, -Van logic OR, Van logic AND)
- Van tiết lưu
- Van áp suất
- Phần tử khuyếch đại
- Phần tử chuyển đổi tín hiệu
a Công tắc đóng mở b Công tắc chuyển mạch
Phần tử xử lý và điều khiển Phần tử đưa tín
hiệu
Trang 3329
Nút ấn đóng – mở ở hình 1.2a, khi chưa tác động thì chưa có dòng điện chạy qua(mở), khi tác động (nhấn) dòng điện đi qua 3-4 Nút ấn chuyển mạch, biểu diễn và ký hiệu:
Hình 1.15- Nút ấn a.Nút ấn đóng _mở b.Nút ấn chuyển mạch
1.3.2.3 Rơle
Trong kỹ thuật điều khiển, rơle được sử dụng như là phần tử xử lí tín hiệu Có nhiều loại rơle khác nhau, tùy theo công dụng Phần trình bày tiếp theo sẽ giới thiệu một số loại rơle thông dụng, ví dụ như rơle công suất, rơle đóng – mở, rơle điều khiển, rơle thời gian
a Rơle điều khiển
Nguyên lí hoạt động của Rơle điều khiển cũng tương tự như rơle đóng mạch (xem biểu diễn và ký hiệu ở hình 1.3; khác rơle đóng mạch ở chỗ là rơle điều khiển đóng, mở cho mạch có công suất nhỏ và thời gian đóng, mở của các tiếp điểm rất nhỏ (1 ms đến 10 ms)
Trang 3430
Hình 1.16 Kí hiệu rơle theo DIN 40713
b Rơle thời gian tác động muộn
Nguyên lí hoạt động của rơle thời gian tác động muộn (hình 1.4); tương tự như rơle thời gian tác động muộn của phần tử khí nén, điốt tương đương như van một chiều, tụ điện như bình trích chứa, biến trở R1 như van tiết lưu Đồng thời tụ điện có nhiệm vụ giảm điện áp quá tải trong quá trình ngắt
Hình 1.17 Rơle thời gian tác động muộn
a Sơ đồ nguyên lí b Sơ đồ thời gian tác động muộn của phần tử khí nén
c Kí hiệu d Biểu đồ thời gian
Trang 3531
Cách nối các cực và tiếp điểm rơle thời gian tác động muộn trong mạch điều khiển được biểu diễn ở hình 1 5
Hình 1.18 Cách nối các cựcva tiếp điểm rơle thời gian tác động muộn
c Rơle thời gian nhả muộn
Nguyên lí hoạt động của rơle thời gian nhả muộn (hình 1.6); tương tự như rơle thời gian tác động muộn của phần tử khí nén, điốt tương đương như van một chiều, tụ điện như bình trích chứa, biến trở R1 như van tiết lưu Đồng thời tụ điện có nhiệm vụ giảm điện áp quá tải trong quá trình ngắt
Hình 1.19: Rơle thời gian nhả muộn
a.Sơ đồ nguyên lý làm việc b.Sơ đồ thời giannhả muộn của phần tử khí nén
c.kí hiệu d.Biểu đồ thời gian
Cách nối các cực và tiếp điểm rơle thời gian nhả muộn trong mạch điều
khiển được biểu diễn ở hình 1.7 Điều chú ý là cổng B2 nối với cực dương +
Trang 3632
Hình 1.20: Phương pháp lắp ráp rơle thời gian nhả muộn
1.3.2.4 Công tắc hành trình điện cơ
Nguyên lí hoạt động của công tắc hành trình điện – Cơ được biểu diễn
ở hình 1.8 Khi con lăn chạm cữ hành trình, thì tiếp điểm 1 nối với 4
Hinh 1.21 Công tắc hành trình điện cơ
Cần phân biệt các trường hợp ở hình 1.9 khi lắp hành trình điện – Cơ trong mạch
Hình 1.22: Hai dạng kí hiệu của công tắc hành trình điện cơ
Trang 3733
Trạng thái thường đóng khi không có tác động
Trạng thái thường đóng khi có tác động
1.3.2.5 Công tắc hành trình nam châm
Công tắc hành trình nam châm thuộc loại công tắc hành trình không tiếp xúc Nguyên lí hoạt động, kí hiệu được biểu diễn ở hình 1.10
Hình 1.23: Công tắc hành trình nam châm
1.3.2.6 Cảm biến cảm ứng từ
Nguyên tắc hoạt động của cảm biến cảm ứng từ biểu diễn ở hình 1.11
Bộ tạo dao động sẽ phát ra tần số cao Khi có vật cản bằng kim loại nằm trong vùng đường sức của từ trường, trong kim loại đó sẽ hình thành dòng điện xoáy Như vậy năng lượng của bộ dao động sẽ giảm, dòng điện xoáy sẽ tăng, khi vật cản càng gần cuộn cảm ứng Qua đó biên độ dao động của bộ dao động sẽ giảm Qua bộ so, tín hiệu ra được khuyếch đại Trong trường hợp tín hiệu ra là tín hiệu nhị phân, mạch Schmitt trigơ sẽ đảm nhận nhiệm
vụ này
Trang 3834
Hình 1.24 : Nguyên ký hoạt động của cảm biến cảm ứng từ
Cách lắp trong mạch và ký hiệu cảm biến cảm ứng từ biểu diễn ở hình 1.12
Hình dạng thực,cách lắp Kí hiệu
Hình 1.25 : Cách lắp và kí hiệu cảm biến cảm ứng từ
1.3.2.7 Cảm biến điện dung
Nguyên tắc hoạt động của cảm biến điện dung biểu diễn ở hình 1.13
Bộ tạo dao động sẽ phát ra tần số cao Khi có vật cản bằng kim loại hoặc phi
kim loại nằm trong vùng đường sức của từ trường, điện dung tụ điện thay
đổi Như vậy tần số riêng của bộ dao động thay đổi Qua bộ so, và bộ nắn
dòng, tín hiệu ra được khuyếch đại Trong trường hợp tín hiệu ra là tín hiệu
nhị phân, mạch Schmitt trigơ sẽ đảm nhận nhiệm vụ này
Trang 39
35
Hình 1.26: Nguyên lý hoạt động của cảm biến điện dung
Cách lắp trong mạch và ký hiệu cảm biến cảm ứng từ biểu diễn ở hình 1.14
Bộ phận phát sẽ phát đi tia hồng ngoại bằng điốt phát quang; Khi gặp
vật chắn, tia hồng ngoại sẽ phản hồi lại vào bộ phận nhận Như vậy ở bộ
Trang 4036
phận nhận, tia hồng ngoại phản hồi sẽ được xử lí trong mạch và cho tín hiệu
ra sau khi khuyếch đại
Hình 1.28: Cảm biến quang
Tuỳ theo vị trí sắp xếp của bộ phận phát và bộ phận nhận, người ta phân biệt thành 2 loại chính; cảm biến quang một chiều (hình 1.16a) và quang biến quang phân hồi (hình 1.16b)
Hình 1.29:a.Cảm biến quang một chiều, b.Cảm biến quang phản hồi
Thông thường cảm biến quang có kí hiệu như sau: