XÂY DỰNG MÔ HÌNH BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG PLC MITSUBISHI

XÂY DỰNG MÔ HÌNH BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG PLC MITSUBISHI...............................................................................................................................................................................................................................................................

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN

THÔNG - o0o -

HOÀNG ANH TUẤN

XÂY DỰNG MÔ HÌNH BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG

SỬ DỤNG PLC MITSUBISHI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HÓA

THÁI NGUYÊN, NĂM 2021 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN

THÔNG - o0o -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HÓA

Thái Nguyên, năm 2021

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC HÌNH ẢNH 3

LỜI MỞ ĐẦU 4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG 5

1.1 Lịch sử phát triển, giới thiệu chung về công nghệ bãi đỗ xe thông minh 5

1.2 Ưu, nhược điểm của bãi đỗ xe ôtô tự động 6

1.3 Lựa chọn phương án thiết kế mô hình 6

1.3.1 Đỗ xe tự động dùng thang máy (Car Lift) 6

1.3.2 Đỗ xe tự động dạng xếp hình 7

1.3.3 Đỗ xe tự động hệ thống xoay vòng đứng 7

1.3.4 Đỗ xe tự động hệ thống Cycle Parking 7

1.3.5 Đỗ xe tự động hệ thống xoay vòng ngang 8

1.3.6 Đỗ xe tự động hệ thống tháp xe (Sky parking System) 8

1.3.7 Đỗ xe tự động hệ thống thang nâng di chuyển 8

1.4 Lựa chọn phương án thiết kế mô hình 9

1.4.1 Sơ đồ khối hệ thống 9

1.4.2 Phân tích bài toán yêu cầu công nghệ của đề tài 9

CHƯƠNG II THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG 11

2.1 Phân tích và lựa chọn PLC 11

2.1.1 Khái quát về PLC 11

2.1.2 Hệ thống điều khiển PLC 11

2.1.3 Cấu tạo của PLC 12

2.1.4 Ưu điểm của hệ điều khiển PLC 13

2.1.5 Ứng dụng của hệ thống điều khiển PLC 14

2.1.6 Hệ thống điều khiển PLC 15

2.1.7 Giới thiệu một số loại PLC trong công nghiệp 16

2.1.8 Phân tích về PLC MITSUBISHI dòng FX 17

2.1.9 Cấu trúc phần cứng của PLC họ FX của hãng Mitsubishi 18

2.1.10 Quy trình thiết kế chương trình điều khiển dùng PLC 19

2.2 Thiết kế hệ thống giám sát điều khiển hệ thống 20

2.2.1 Giới thiệu về phần mềm WinCC (TIA Portal) 20

2.2.2 Giới thiệu chung về Wincc 21

2.3 Phân tích và lựa chọn hệ thống truyền động di chuyển cho các trục 23

2.4 Phân tích và lựa chọn động cơ 26

2.4.1 Động cơ một chiều ( DC ) 26

2.5 Phân tích và lựa chọn thiết bị 36

2.5.1 Giới thiệu chung về cảm biến 36

2.5.2 Rơ le 43

2.5.3 Driver điều khiển động cơ bước 45

2.5.4 Nguồn Tổ Ong 24V 5A 47

2.5.5 Nguồn Tổ Ong 12V 47

2.5.6 Nút nhấn 48

2.5.7 Đèn báo 48

2.6 Thiết kế hệ thống 49

2.6.1 Thiết kế mạch động lực 49

2.6.2 Thiết kế và gá thiết bị trên panel: 53

2.6.3 Sơ đồ nguyên lý 55

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ 57

3.1 Mô hình thực tế 57

3.1.1 Lưu đồ thuật toán 58

3.2 Thuyết minh nguyên lí làm việc cuả hệ thống 60

3.2.1 Thuyết minh nguyên lí làm việc của hệ thống 60

3.2.2 Ưu điểm, nhược điểm của hệ thống 61

KẾT LUẬN 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 64

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống 9

Hình 1.2 Mô hình bãi đỗ xe thực tế 10

Hình 2.1 Cấu trúc cơ bản của PLC 15

Hình 2.2 Sơ đồ quy trình thiết kế hệ thống điều khiển bằng PLC 16

Hình 2.3 PLC MISUBISHI FX1n-60MT 17

Hình 2.4 Giới thiệu chung về Wincc 22

Hình 2.5 Vít me trục xoắn 23

Hình 2.6 Bàn trượt dây đai 24

Hình 2.7 Thanh trượt vuông 24

Hình 2.8 Ray trượt bi 2 tầng 25

Hình 2.9 Thanh trượt tròn 25

Hình 2.10 Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ độc lập 29

Hình 2.11 Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ hỗn hợp MCB 2 pha 31

Hình 2.12 Cảm biến quang 38

Hình 2.13 Cảm biến tiệm cận 41

Hình 2.14 Cảm biến chữ U 43

Hình 2.15 Rơ le trung gian 44

Hình 2.16 Driver điều khiển động cơ bước 46

Hình 2.17 Nguồn tổ ong 24V 5A 47

Hình 2.18 Nguồn tổ ong 12V 47

Hình 2.19 Nút nhấn 48

Hình 2.20 Đèn tháp 2 tầng 49

Hình 2.21 Chức năng các chân đấu Driver 50

Hình 2.22 Sơ đồ đấu nối với PLC 51

Hình 2.23 Mạch động lực 52

Hình 2.24 Giá thiết bị trên panel 53

Hình 2.25 Sơ đồ nguyên lý 55

Hình 3.1: Mô hình thực tế 57

Hình 3.2: Lưu đồ thuật toán 58

Hình 3.3: Màn hình WinCC để điều khiển hệ thống 59

LỜI MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật, công nghiệp hóahiện đại hóa ngày càng chiếm vị trí quan trọng trong đời sống xã hội Tự động hóa caosong song với việc sử dụng một cách triệt để nguồn năng lượng, tăng năng suất laođộng, nâng cao chất lượng sản phẩm, cải thiện môi trường làm việc, cải thiện nhu cầusống của con người Cùng với tiến trình đo thị hóa là sự tăng lên mạnh mẽ dân cư tạicác thành phố lớn Theo đó áp lực về giao thông đè nặng lên cơ sở hạ tầng hiện có.Một yêu cầu bức thiết đặt ra chính là việc đi tìm câu trả lời cho bài toán ùn tắc và bàitoán về đỗ xe Hệ thống đỗ xe thông minh có thể nói là một lời đáp khá chính xác đểgiải quyết các vẫn đề giao thông Hiện tại ở Việt Nam ta đã thấy sự xuất hiện của các bãi

đỗ xe tự động tuy vậy khác hạn chế và mới mẻ Là một sinh viên nghành Tự Động Hóamỗi sinh viên chúng ta đã được các thầy cô trang bị cho những tư duy, kiến thức cơ bản

về tự động hóa điện năng và truyền động điện tự động

Trong kỳ thực tập tốt nghiệp vừa qua em đã có dịp tiếp xúc và tìm hiểu một số thiết bịhiện đại đang được ứng dụng trong nghành tự động hóa Do đó trong giai đoạn làm đồ

án tốt nghiệp, được sự đồng ý và giúp đỡ của thầy giáo hướng dẫn Em đã được thiết kế

đề tài: “Xây dựng mô hình bãi đỗ xe tự động sử dụng PLC Mitsubishi”.

Sau gần 3 tháng liên tục được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫn, và cácthầy cô trong bộ môn và cùng với sự giúp đỡ của các bạn trong lớp, đến nay bản thiết

kế của em đã hoàn thành

Qua đây em muốn gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong bộ môn đã tận tình giúp đỡ em

để hoàn thành bản thiết kế này Đồng thời em muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc đến giảngviên ThS Lê Hồng Thu, người đã hướng dẫn tận tình em trong suốt thời gian qua

Em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG

1.1 Lịch sử phát triển, giới thiệu chung về công nghệ bãi đỗ xe thông minh

Kinh tế ngày một lớn mạnh, xã hội ngày một phát triển kèm theo đó là nhu cầunâng cao chất lượng đời sống được tăng cao Phương tiện đi lại ngày càng nhiều, nhất

là xe ô tô ở các nước phát triển, nhưng diện tích xây dựng các bãi đỗ xe lại ít Trướctình hình đó, hệ thống bãi đỗ xe dùng thang máy đưa xe lên cao và người lái tự lái xe

ra bãi đỗ là phương án kết hợp đỗ xe nhiều tầng với hệ thống cơ khí đơn giản nhất xuấthiện từ Mỹ năm 1918 sau đó lan truyền nhanh chóng sang châu Âu Mãi đến năm

1982, hệ thống bãi đỗ xe ô tô tự động hoàn toàn không người lái xe được phát minhđầu tiên ở Đức, sau đó được Nhật Bản phát triển công nghệ này và ứng dụng rộng rãi

từ năm 1985 Hiện nay nhiều nước trên thế giới đã bắt đầu ứng dụng công nghệ này,trong đó có Việt Nam, tuy nhiên Nhật Bản và Hàn Quốc là hai quốc gia có số lượngbãi đỗ xe ô tô tự động nhiều nhất trên thế giới

Với những lợi ích mà bãi đỗ xe ô tô tự động mang lại như giải quyết được vấn

đề tiếng ồn và ô nhiễm trong bãi đỗ xe, tiết kiệm không gian, khắc phục được tìnhtrạng mất cắp phụ tùng hay đồ đạc trong xe, tiết kiệm thời gian gửi xe… nhờ hệ thốnghoàn toàn tự động từ khâu gửi xe đến lấy xe, bãi đỗ xe ô tô tự động là một phương ángiải quyết tối ưu nhất cho tình trạng thiếu bãi đỗ xe trên thế giới hiện nay

Ở Việt Nam, cũng như nhiều nước trên thế giới, cùng với sự phát triển mạnh vềkinh tế, sự đô thị hóa, đời sống nhân dân được nâng cao nên các công trình, tòa nhàvăn phòng, trung tâm mua sắm, khu vui chơi giải trí, siêu thị… ngày càng nhiều Nhucầu gửi xe ô tô là không nhỏ Tuy nhiên, hiện tại quỹ đất của các thành phố ở ViệtNam dành cho việc xây dựng các bãi đỗ xe là có hạn Nhiều chủ phương tiện không cónơi đỗ xe đành đỗ xe trên các con đường gây tình trạng tắc nghẽn giao thông Vì vậy,cần có những công trình vừa đáp ứng nhu cầu sinh hoạt của con người vừa giải quyếtđược nơi đỗ xe cho họ Trước tình hình đó các nhà lãnh đạo đang cố gắng tìm ra nhiềuphương án giải quyết Và bãi đỗ xe ô tô tự động là phương án khả thi nhất giải quyếtvấn đề đó

1.2 Ưu, nhược điểm của bãi đỗ xe ôtô tự động

 Ưu điểm:

- Giải quyết được bài toán nan giải hiện nay là có nơi đỗ xe cho ô tô nên phầnnào tránh được hiện tượng ùn tắc giao thông tại các thành phố lớn ở nước ta cũng nhưcác nước trên thế giới

- Tiết kiệm diện tích: cùng một diện tích đất, thay vì chỉ để được 1 chiếc xe nay

có thể để được nhiều chiếc bằng cách ta xây những tầng hầm hay xây cao tầng Tạo rakết cấu thành những ô tiêu chuẩn do đó để được nhiều xe hơn Quá trình để xe vào hệthống hoàn toàn tự động

 Nhược điểm:

- Việc sử hệ thống đỗ xe nói chung đôi khi có thể gây ra tiếng ồn và rung vậynên đối với các hệ thống tự động đặt trong các công trình nhà ở, bệnh viện, việc tínhtoán các thiết bị cách âm và chống rung là rất cần thiết

- Đối với các công trình văn phòng, rạp hát, hội nghị thì việc mọi người ồ ạtđến gửi xe trong khoảng thời gian ngắn trước giờ làm việc, giờ khai mạc, ồ ạt lái xetrong khoảng thời gian vài phút sau giờ tan sở sẽ gây ra ùn tắc cục bộ, người lái xephải chờ thời gian khá dài để lấy được xe Do đó với các công trình có đặc điểm này,nếu muốn lắp đặt hệ thống bán tự động thì phải có nhiều cửa ra, vào khác nhau vớinhiều thang nâng để giảm thiểu thời gian lấy xe

1.3 Lựa chọn phương án thiết kế mô hình

1.3.1 Đỗ xe tự động dùng thang máy (Car Lift).

Với hệ thống đỗ xe tự động dùng thang máy, lái xe sẽ đưa xe vào buồng thangmáy, thang nâng xe đến tầng đỗ xe, lái xe đưa xe ra khỏi thang máy và lái xe vào vị trí

đỗ xe

 Đặc điểm đỗ xe tự động dùng thang máy:

– Tiết kiệm diện tích đường di chuyển nội bộ của xe khi lên xuống giữa các tầng bêntrong bãi đỗ xe, tuy nhiên vẫn tốn diện tích di chuyển cho xe trong từng tầng

– Tốc độ nâng hạ chậm do có xe và người với hệ thống 1 thang máy thì thời gian lấy

xe ra vào rất lâu

– Hiện nay đỗ xe tự động này ít phổ biến

1.3.2 Đỗ xe tự động dạng xếp hình.

Hệ thống đỗ xe tự động dạng xếp hình là loại giải pháp kỹ thuật trong đó xeđược đặt trên các bàn nâng chuyển (pallet), các pallet này di chuyển nâng hạ theo trụcthẳng đứng và di chuyển ngang để đưa các xe vào hoặc ra Hệ thống được lập trình đểchọn cách thức di chuyển xe sao cho có thể lấy xe ra nhanh nhất Đây là loại thiết bịrất hiệu quả cho các diện tích nhỏ và trung trên mặt đất hoặc ngầm dưới đất, có thể lắpđược tối đa 5 tầng

 Những đặc điểm nổi bật của hệ thống này gồm:

- Tận dụng chỗ trống trên mặt đất để đỗ xe, tuy nhiên phải chừa trống một cột

để xếp hình (ngoại trừ vị trí cao nhất)

- Điểm xe vào từ dưới tầng thấp nhất

• - Tùy thuộc vào mặt bằng cho phép lắp đặt tối đa tầng để tăng tối đa diện tích

đỗ xe, có thể lắp theo chiều ngang hoặc xếp theo chiều dài tùy thuộc diện tích thực tếcho phép

• - Có thể sử dụng nguyên lý xếp hình để lắp hệ thống nhỏ cho các nhà biệt thự,gia đình từ 5 - 8 xe, bằng cách sử dụng thêm 1 tầng ngầm

1.3.3 Đỗ xe tự động hệ thống xoay vòng đứng.

• Đỗ xe tự động hệ thống xoay vòng đứng là hệ thống bãi đỗ xe tự động đượclựa chọn để sử dụng khá nhiều trong các khu trung tâm của các đô thị lớn tại Việt Namnơi có quỹ đất hạn chế, với lợi thế tiết kiệm diện tích từ một vị trí chỉ đỗ được 2 xe saukhi xây dựng có thể đỗ được từ 10-14 xe tùy từng loại bãi đỗ

• Đỗ xe tự động hệ thống xoay vòng đứng có thể lắp đặt được tại những nơi cókhông gian nhỏ có diện tích khoảng 30m, thích hợp với hầu hết các công sở, bãi đỗ xetruyền thống, các công ty khai thác điểm đỗ…

1.3.4 Đỗ xe tự động hệ thống Cycle Parking.

• Hệ thống đỗ xe tự động lắp ngầm dưới mặt đất, phù hợp cho mặt bằng nhỏhẹp, tốc độ thang nâng 20-40m/p, tốc độ di chuyển ngang 20-30m/p Số lượng xe tối

ưu của hệ thống: 6-38 xe Điều khiển đơn giản với màn hình cảm ứng (Touch screen)

• Hệ thống đỗ xe tự động này rất phù hợp cho các công trình tòa nhà có qui mô

đỗ xe nhỏ Hình dạng khu đất thường là hình chữ nhật với 1 cạnh ngắn và 1 cạnh dài

1.3.5 Đỗ xe tự động hệ thống xoay vòng ngang.

• Hệ thống đỗ xe tự động xoay vòng ngang rất phù hợp cho các công trình tòanhà có qui mô đỗ xe nhỏ Hình dạng khu đất thường là hình gần vuông với hai cạnhgần bằng nhau

1.3.6 Đỗ xe tự động hệ thống tháp xe (Sky parking System).

 Là hệ thống đỗ xe tự động dạng tháp nhiều tầng Có thể là tháp độc lập hoặcnằm bên trong tòa nhà, 70 xe có thể đổ trên diện tích 7.3 m x 6.4 m = 46.7 m2, chiềucao tháp tương ứng 75m, 35 tầng (hoặc xếp dọc 3,6 m x 17 m = 61.2 m2) Tốc độ tiêuchuẩn 90 m/ph, tối đa có thể đạt 140m/p, vận hành êm và an toàn Điều khiển đơn giảnvới màn hình cảm ứng (Touch screen)

 Hệ thống đỗ xe tự động sky parking truyền thống là có 2 cột xe đối xứng,nhưng tùy theo diện tích đất, để tăng số lượng xe chúng ta có thể có 3- 5 – 5 – 6 cột xe.Nhưng thời gian lấy xe trung bình sẽ tăng lên theo số lượng xe Số lượng xe tối ưu là

70 xe

1.3.7 Đỗ xe tự động hệ thống thang nâng di chuyển.

Đỗ xe tự động hệ thống thang nâng di chuyển:

- Điều khiển đơn giản với màn hình cảm ứng (Touch screen)

- Hệ thống lắp ngầm hoặc nổi

- Do 1 hệ thống cơ khí vừa có chức năng nâng hạ, vừa có chức năng di chuyểnnên rất nhanh hỏng, phải đầu tư chi phí bảo dưỡng & thay thế thường xuyên, thời gianlấy xe ra khá lâu do phải xử lý từng lệnh ra hoặc vào

- Hệ thống đỗ xe tự động này thích hợp với bãi xe từ 100 – 500 xe

 Hệ thống sàn bê tông dùng robot:

- Robot phải luôn luôn hoạt động nên rất nhanh hỏng

- Sử dụng robot để lấy xe ra vào vị trí, robot nâng 2 bánh nên không phù hợpvới loại xe số tự động

- Sàn đỗ xe là sàn bê tông với yêu cầu cao về độ chính xác của mặt phẳng nênrất khó thi công

- Loại robot nâng 4 bánh xe vừa được nghiên cứu tại Koreanhưng hiện nay mớitrong giai đoạn thử nghiệm nên chưa được sử dụng phổ biến ở Korea

Hệ thống sàn kết cấu thép dùng pallet:

- Vận hành pallet đơn giản hơn và giảm bớt 1 thao tác đưa robot vào vị trí nêngiảm thời gian nhận và trả xe.

- Có thể tháo lắp di chuyển dễ dàng so với sàn bê tông

- Phải bảo dưỡng kết cấu thép định kỳ

Kết luận :

Qua phân tích, em quyết định lựa chọn và tiến hành thực hiện mô hình bãi đỗ

xe ô tô sử dụng hệ thống thang nâng di chuyển

1.4 Lựa chọn phương án thiết kế mô hình

1.4.1 Sơ đồ khối hệ thống

Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống

1.4.2 Phân tích bài toán yêu cầu công nghệ của đề tài

Bãi giữ xe được thiết kế với 2 tầng, mỗi tầng 2 khoang chứa xe Thiết bị được

sử dụng bao gồm: 3 động cơ để thực hiện nâng/hạ, đưa xe ra/vào các vị trí khoangkhác nhau và chuyển giữa các vị trí theo phương ngang Trong đó 1 động cơ bước sửdụng nâng/hạ, 1 động cơ bước sử dụng để chuyển giữa các vị trí theo phương ngang và

1 động cơ 1 chiều có đầu giảm tốc có tác dụng đẩy ra/thu về để đưa xe vào cáckhoang Các vị trí giữa các tầng được xác định thông qua lập trình, xác định bằng sốvòng quay của động cơ bước Các vị trí khoang chứa xe theo phương ngang sẽ đượcxác định thông qua các cảm biến quang Tại mỗi khoang chứa sẽ có cảm biến quang đểxác định khoang đó có xe ở trong hay không Khi hệ thống được cấp điện và bấm

Start, hệ thống nâng/hạ sẽ ở vị trí chờ, khi có xe vào cảm biến nhận biết và cánh tay sẽ

di chuyển tới đưa xe tới khoang còn trống Sau khi đưa xe vào khoang trống xong hệthống nâng/hạ trở lại vị trí chờ, khi hết khoang trống đèn đỏ sẽ sáng báo hiệu trên mànhình WinCC báo hiệu bãi đỗ xe đã đầy Khi lấy xe ra thì bấm số khoang tương ứngtrên Win CC hệ thống sẽ lấy xe ra và đưa ra vị trí trả xe Trong hệ thống sẽ có 1 nútbấm reset, nút bấm này có tác dụng đưa tất cả các trạng thái, tất cả các vị trí về tríhome (vị trí chờ)

CHƯƠNG II THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG

PLC (Programmable Logic Controller): Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC

Là loại thiết bị cho phép điều khiển linh hoạt các thuật toán điều khiến số thông quamột ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thể hiện mạch toán đó trên mạch số Nhưvậy với chương trình điều khiển, PLC trở thành bộ điều khiển nhỏ gọn, dễ thay đổithuật toán và đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh (với các PLCkhác hay với máy tính)

Để có thể thực hiện một chương trình điều khiển, PLC phải có tính năng như mộtmáy tính Nghĩa là phải có một bộ vi xử lí trung tâm (CPU), một hệ điều hành, một bộnhớ chương trình để lưu chương trình cũng như dữ liệu và tất nhiên phải có các cổngvào ra để giao tiếp với các thiết bị bên ngoài Bên cạnh đó, nhằm phục vụ các bài toánđiều khiển số, PLC phải có các khối hàm chức năng như Timer, Counter và các hàmchức năng đặc biệt khác

2.1.2 Hệ thống điều khiển PLC

a Hệ thống PLC điển hình

Trong hệ thống điều khiển PLC các phần tử nhập tín hiệu như: chuyển mạch,nút ấn, cảm biến, được nối với đầu vào của thiết bị PLC Các phần tử chấp hànhnhư : đèn báo, rơle, công tắc tơ, được nối đến lối ra của PLC tại các đầu nối

Chương trình điều khiển PLC được soạn thảo dưới các dạng cơ bản sẽ được nạp vào

bộ nhớ bên trong PLC, sau đó tự động thực hiện tuần tự theo một chuỗi lệnh điềukhiển được xác định trước

Hệ còn cho phép công nhân vận hành thao tác bằng tay các tiếp điểm, nút dừng khẩncấp để đảm bảo tính an toàn trong các trường hợp xảy ra sự cố

b Vai trò của PLC

PLC được xem như trái tim trong một hệ thống điều khiển tự động đơn lẻ vớichương trình điều khiển được chứa trong bộ nhớ của PLC, PLC thường xuyên kiểm tratrạng thái của hệ thống thông qua các tín hiệu hồi tiếp từ thiết bị nhập để từ đó có thểđưa ra những tín hiệu điều khiển tương ứng đến các thiết bị xuất

PLC có thể được sử dụng cho những yêu cầu điều khiển đơn giản và được lập

đi lập lại theo chu kỳ, hoặc liên kết với máy tính chủ khác hoặc máy tính chủ thôngqua một kiểu hệ thống mạng truyền thông để thực hiện các quá trình xử lý phức tạp

c Tín hiệu vào

Mức độ thông minh của một hệ thống điều khiển phụ thuộc chủ yếu vào khảnăng của PLC để đọc được các dữ liệu khác nhau từ các cảm biến cũng như bằng cácthiết bị nhập bằng tay

Tiêu biểu cho các thiết bị nhập bằng tay như : Nút ấn, bàn phím và chuyển mạch Mặtkhác, để đo, kiểm tra chuyển động, áp suất, lưu lượng chất lỏng PLC phải nhận cáctín hiệu từ các cảm biến Ví dụ : Tiếp điểm hành trình, cảm biến quang điện tín hiệuđưa vào PLC có thể là tín hiệu số (Digital) hoặc tín hiệu tương tự (Analog), các tínhiệu này được giao tiếp với PLC thông qua các Modul nhận tín hiệu vào khác nhaukhác nhau DI (vào số) hoặc AI (vào tương tự)

d Đối tượng điều khiển

Một hệ thống điều khiển sẽ không có ý nghĩa thực tế nếu không giao tiếp đượcvới thiết bị xuất, các thiết bị xuất thông dụng như: Môtơ, van, Rơle, đèn báo, chuôngđiện, cũng giống như thiết bị nhập, các thiết bi xuất được nối đến các ngõ ra củaModul ra (Output) Các Modul ra này có thể là DO (Ra số) hoặc AO (ra tương tự)

2.1.3 Cấu tạo của PLC

Thiết bị điều khiển lập trình PLC bao gồm khối xử lý trung tâm (CPU) trong đó cóchứa chương trình điều khiển và các Modul giao tiếp vào/ra có nhiệm vụ liên kết trựctiếp đến các thiết bị vào/ra, sơ đồ khối cấu tạo PLC

 Khối xử lý trung tâm:

Là một vi xử lý điều khiển tất cả các hoạt động của PLC như: Thực hiện chương

trình, xử lý vào/ra và truyền thông với các thiết bị bên ngoài

Có nhiều các bộ nhớ khác nhau dùng để chứa chương trình hệ thống là một phầnmềm điều khiển các hoạt động của hệ thống, sơ đồ LAD, trị số của Timer, Counterđược chứa trong vùng nhớ ứng dụng, tùy theo yêu cầu của người dùng có thể chọn các

bộ nhớ khác nhau :

 Bộ nhớ ROM:

Là loại bộ nhớ không thay đổi được, bộ nhớ này chỉ nạp được một lần nên ít được

sử dụng phổ biến như các loại bộ nhớ khác

2.1.4 Ưu điểm của hệ điều khiển PLC

Sự ra đời của hệ điều khiển PLC đã làm thay đổi hẳn hệ thống điều khiển cũngnhư các quan niệm thiết kế về chúng, hệ điều khiển dùng PLC có nhiều ưu điểm nhưsau :

- Giảm 80% số lượng dây nối

- Công suất tiêu thụ của PLC rất thấp

- Có chức năng tự chuẩn đoán do đó giúp cho công tác sửa chữa được nhanh chóng và

dễ dàng

- Chức năng điều khiển thay đổi dễ dàng bằng thiết bị lập trình (máy tính, màn hình)

mà không cần thay đổi phần cứng nếu không có yêu cầu thêm bớt các thiết bị xuấtnhập

- Số lượng Rơle và Timer ít hơn nhiều so với hệ điều khiển cổ điển

- Số lượng tiếp điểm trong chương trình sử dụng không hạn chế

- Thời gian hoàn thành một chu trình điều khiển rất nhanh (vài mS) dẫn đến tăng caotốc độ sản xuất

- Chi phí lắp đặt thấp

- Độ tin cậy cao

- Chương trình điều khiển có thể in ra giấy chỉ trong vài phút giúp thuận tiện cho vấn

đề bảo trì và sửa chữa hệ thống

2.1.5 Ứng dụng của hệ thống điều khiển PLC

Từ các ưu điểm nêu trên, hiện nay PLC đã được ứng dụng trong rất nhiều lĩnhvực khác nhau trong công nghiệp như:

- Hệ thống nâng vận chuyển

- Dây chuyền đóng gói

- Các ROBOT lắp ráp sản phẩm

- Điều khiển bơm

- Dây chuyền xử lý hoá học

- Công nghệ sản xuất giấy

- Dây chuyền sản xuất thuỷ tinh

- Sản xuất xi măng

- Công nghệ chế biến thực phẩm

- Dây chuyền chế tạo linh kiện bán dẫn

- Dây chuyền lắp giáp Tivi

- Điều khiển hệ thống đèn giao thông

- Quản lý tự động bãi đậu xe

- Hệ thống báo động

- Dây truyền may công nghiệp

- Điều khiển thang máy

- Dây chuyền sản xuất xe ôtô

- Sản xuất vi mạch

- Kiểm tra quá trình sản xuất.

- Các hệ thống trong dây chuyền sản xuất đồ uống

2.1.6 Hệ thống điều khiển PLC

PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển lập trình được thiết kếchuyên nghiệp dùng trong công nghiệp để điều khiển các tiến trình xử lý từ đơn giảnđến phức tạp Một PLC gồm một bộ xử lý trung tâm, bộ nhớ để lưu trữ chương trìnhứng dụng và những module giao tiếp nhập xuất

Hình 2.1 Cấu trúc cơ bản của PLC

Hoạt động của PLC cũng khá đơn giản Trước tiên, hệ thống các cổng và ra(Input/Output) dùng để đưa các tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi vào ra CPU (sensor,contract, tín hiệu từ động cơ,…), sau đó CPU sẽ xử lý và đưa ra tín hiệu điều khiểnqua module xuất ra các thiết bị điều khiển

Ưu điểm của PLC:

- Tiết kiệm chi phí

- Kích thước gọn nhẹ

- Sửa chữa dễ dàng, nhanh chóng, chỉ cần lắp đặt một lần

- Độ tin cậy cao

- Truyền thông với PLC hay mạng máy tính giúp cho việc trao đổi thông tin dễ dàng

- Có khả năng hiển thị đồ họa trên hệ thống

Quy trình thiết kế chương trình điều khiển dùng PLC được biểu diễn bằng sơ đồ sau:

Hình 2.2 Sơ đồ quy trình thiết kế hệ thống điều khiển bằng PLC

2.1.7 Giới thiệu một số loại PLC trong công nghiệp

Ngày nay cùng với Khoa học kỹ thuật phát triển có rất nhiều hãng sản xuất cácloại PLC với nhiều loại mẫu mã kích thước với nhiều dòng sản phẩm Có thể kể đếnmột số hãng như:

+) PLC Siemens của Cộng hòa Liên bang Đức sản xuất với các dòng:

Nói về ưu nhược điểm của từng loại PLC do các hãng sản xuất: tùy vào mục đích

sử dụng, tính năng, giá cả và các yêu cầu về kỹ thuật thì mỗi loại PLC lại cho những

ưu nhược điểm khác nhau Trong đề tài của mình em sử dụng “PLC MITSUBISHI”cho việc thiết kế và vận hành sản phẩm

Số Module mở rộng có thể lên đến 8 Module.

Loại PLC FX tích hợp nhiều chức năng trên CPU (Main Unit) như ngõ ra xunghai tọa độ, bộ đếm tốc độ cao (HSC), PID, đồng hồ thời gian thực…

Truyền thông các chuẩn RS232, RS422, RS485 và cả USB

 Thông số kỹ thuật PLC Mitsubishi FX1N– 60MT:

2.1.9 Cấu trúc phần cứng của PLC họ FX của hãng Mitsubishi

 Cấu trúc của PLC được phân thành các phần như sau:

a Đơn vị điều khiển trung tâm (CPU: Central Processing Unit)

Là bộ xử lý thực hiện các lệnh trong bộ nhớ chương trình Nhập dữ liệu ở ngõvào, xử lý chương trình, nhớ chương trình, xử lý các kết quả trung gian và các kết quảnày được truyền trực tiếp đến cơ cấu chấp hành để thực hiện chương trình nhập xuất

dữ liệu ra các ngõ ra

b Bộ nhớ (Memory)

Dùng để chứa chương trình số liệu, đơn vị nhở nhất là bit Bộ nhớ là vùng nắmgiữ hệ điều hành và vùng nhớ của người sử dụng ( hệ điều hành là một phần mềm hệthống mà nó kết nối PLC để thực hiện PLC thực sự hoạt động được)

Có nhiều loại bộ nhớ khác nhau Để PLC có thể hoạt động được, cần thiết phải

có bộ nhớ để lưu trữ chương trình Đôi khi cần mở rộng bộ nhớ để thực hiện các chứcnăng khác nhau như :

Vùng đệm tạm thời lưu trữ trạng thái của các kênh nhập - xuất được gọi làRAM xuất-nhập

Lưu trữ tạm thời các trạng thái của các chức năng bên trong : các bộ phận địnhthì ( Timer), các bộ đếm (Counter), các Rơle

Bộ nhớ gồm có các loại sau đây :

Bộ nhớ chỉ đọc ( ROM : Read Only Memory )

ROM không phải là bộ nhớ khả biến, nó có thể lập trình chỉ được 1 lần Do đó

nó không thích hợp cho việc điều khiển “ mềm” của PLC, nó ít phổ biến so với cácloại bộ nhớ khác

Bộ nhớ ghi đọc ( RAM : Random Access Memory)

Bộ nhớ của PLC là CMOSRAM, tiêu tốn năng lượng khá ít, được cấp pin dựphòng khi mất nguồn Nhờ đó dữ liệu sẽ không bị mất

Bộ nhớ chỉ đọc chương trình xóa được (EPROM : Erasable ProgrammableRead Only Memory)

EPROM lưu trữ dữ liệu giống như ROM, tuy nhiên nội dung của nó có thểđược xóa đi nếu bị ảnh hưởng của tia tử ngoại Khi đó phải viết lại chương trình cho

c Các Module xuất – nhập (Input – Output)

Khối xuất – nhập đóng vai trò là mạch giao tiếp giữa vi mạch điện tử bên trongPLC với mạch ngoài Module nhập nhận tín hiệu từ sensor, nút bấm và đưa vào CPU,module xuất đưa tín hiệu điều khiển từ CPU ra cơ cấu chấp hành

Mọi hoạt động xử lý tín hiệu từ bên trong PLC có mức điện áp từ 5 đến 15VDC, trong khi tín hiệu bên ngoài có thể lơn hơn nhiều Ta có nhiều loại ngõ ra như:ngõ ra dùng rơle, ngõ ra dùng transitor, ngõ ra dùng triac

d Hệ thống BUS

Là hệ thống tập hợp một số dây dẫn kết nối module trong PLC gọi là BUS, đây

là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều tín hiệu song song

2.1.10 Quy trình thiết kế chương trình điều khiển dùng PLC

Quy trình thiết kế hệ thống điều khiển dùng PLC bao gồm các bước sau:

 Xác định quy trình điều khiển

Điều đầu tiên cần biết là đối tượng điều khiển của hệ thống, mục đích chính củaPLC là phải điều khiển được các thiết bị ngoại vi Các chuyển động của đối tượng điềukhiển được kiểm tra thường xuyên bởi các thiết bị vào, các thiết bị này gửi tín hiệu đến

PLC và tiếp theo đó PLC sẽ đưa tín hiêu điều khiển đến các thiết bị để điềukhiển chuyển động của đối tượng Để đơn giản, quy trình điều khiển có thể mô tả theolưu đồ.

 Các định tín hiệu vào ra

Bước thứ hai là phải xác định vị trí kết nối giữa các thiết bị vào ra với PLC.Thiết bị vào có thể là tiếp điểm, cảm biến Thiết bị ra có thể là Rơle điện từ, Motor,đèn, Mỗi vị trí kết nối được đánh số tương tự ứng với PLC sử dụng

 Soạn thảo chương trình

Chương trình điều khiển được soạn thảo dưới dạng lưu đồ hình thang như đãtrình bày ở bước 1

 Nạp chương trình vào bộ nhớ

Cấp nguồn cho PLC, cài đặt cấu hình khối giao tiếp I/O nếu cần (Phụ thuộc vàotừng loại PLC) Sau đó nạp chương trình soạn thảo trên màn hình vào bộ nhớ của PLC.Sau khi hoàn tất nên kiểm tra lỗi bằng chức năng tự chuẩn đoán và nếu có thể thì chạychương trình mô phỏng hoạt động của hệ thống (Ví dụ chương trình S7-SIM, S7 -VISU, )

 Chạy chương trình

Trước khi khỏi động hệ thống cần phải chắc chắn dây nối từ PLC đến các thiết

bị ngoại vi là đúng, trong quá trình chạy kiểm tra có thể cần thiết phải thực hiện cácbước tinh chỉnh hệ thống nhằm đảm bảo an toàn khi đưa vào hoạt động thực tế Quytrình thiết kế hệ thống điều khiển bằng PLC

 Kết luận :

Từ việc tìm hiểu về cấu trúc và chức năng của PLC ta thấy PLC có một vai trò rấtquan trọng và không thể thiếu trong các bài toán điều khiển PLC có cấu tạo gọn nhẹ.Tất cả các nhà máy, xí nghiệp, phân xưởng sản xuất ngày nay đều áp dụng PLC để cảithiện chế độ làm việc, nâng cao năng suất lao động và đơn giản hóa việc điều khiển

các hệ thống Vì vậy em lựa chọn PLC Mitsubishi FX1N– 60MT.

2.2 Thiết kế hệ thống giám sát điều khiển hệ thống

2.2.1 Giới thiệu về phần mềm WinCC (TIA Portal)

WinCC (TIA Portal) là phần mềm cấu hình và thiết kế giao diện từ màn hìnhđiều khiển HMI cho đến hệ thống SCADA chạy trên máy tính PC Phiên bản này đượcSiemens phát triển để tích hợp vào hệ sinh thái TIA Portal của họ, chính vì vậy, đểphân biệt với WinCC V7 thì chúng ta thường ghi kèm “TIA Portal” vào sau tênWinCC.

Với việc tích hợp WinCC vào TIA Portal, chương trình này đã mang được ýnghĩa như tên gọi của nó là “Tích hợp toàn diện” Các thao tác kỹ thuật từ lập trìnhPLC cho đến thiết kế giao diện HMI sẽ được thực hiện trên cùng một chương trình duynhất Ưu điểm là các thông tin giữa PLC và SCADA được trao đổi với nhau dễ dàng

 WinCC Comfort: dùng để lập trình tất cả các dòng màn hình điều khiển HMI

từ Basic Panel cho đến Comfort Panel và Mobile Panel Nói cách khác, vớiphiên bản này thì bất cứ màn hình điều khiển HMI nào của Siemens cũngđều có thể lập trình được hết

 WinCC Advanced: được dùng để lập trình tất cả màn hình điều khiển HMI

và có thể lập trình cho các dòng máy tích công nghiệp IPC của Siemens

 WinCC Professional: được dùng để lập trình tất cả màn hình điều khiển HMI

và SCADA chạy trên máy tính PC

Phiên bản WinCC sau sẽ bao gồm các tính năng của bản WinCC trước Tức là khi càibản Comfort thì đã bao gồm tính năng của bản Basic rồi Hoặc cài bản Professional thì

sẽ bao gồm 3 phiên bản trước cộng lại Tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng (chi phí muabản quyền, bản càng cao thì càng đắt) và cấu hình máy tính của bạn có mạnh để càihay không

2.2.2 Giới thiệu chung về Wincc

WinCC là một trong những chương trình ứng dụng cho mạng HMI, Scada tronglĩnh vực dân dụng cũng như công nghiệp.WinCC (Windows Control Center) là phầnmềm của hãng Siemens dùng để giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu trong quá

trình sản xuất Nói rỏ hơn, WinCC là chương trình dùng để thiết kế các giao diệnNgười và Máy – HMI (Human Machine Interface) trong hệ thống Scada (SupervisoryControl And Data Acquisition), với chức năng chính là thu thập số liệu, giám sát vàđiều khiển quá trình sản xuất Với WinCC, người dùng có thể trao đổi dữ liệu với PLCcủa nhiều hãng khác nhau như: Siemens, Mitsubishi, Allen braddly, Omron, thôngqua cổng COM với chuẩn RS232 của PC và chuẩn RS485 của PLC.

Hình 2.4 Giới thiệu chung về Wincc

Với WinCC, ta có thể tận dụng nhiều giải pháp khác nhau cho để giải quyếtcông việc, từ thiết kế cho hệ thống có quy mô nhỏ đến quy mô lớn, hệ thống thực hiệnsản xuất – MES (Manufacturing Excution System) WinCC có thể mô phỏng bằnghình ảnh các sự kiện xảy ra trong quá trình điều khiển dưới dạng chuổi sự kiện Để đápứng yêu cầu công nghệ ngày càng phát triển, WinCC cung cấp nhiều hàm chức năngcho mục đích hiển thị, thông báo, ghi báo cáo, xử lý thông tin đo lường, các tham sốcông thức, và là một trong những chương trình thiết kế giao diện Người và Máy –HMI được tin dùng nhất hiện nay

Chức năng của WinCC(HMI)

 Hiển thị quá trình:

Quá trình được hiển thị trên thiết bị HMI(Wincc) Màn hình trên thiết bị HMIđược cập nhật một cách năng động Điều này được dựa trên các sự chuyển tiếp quátrình

 Điều khiển vận hành của quá trình:

Người vận hành có thể điều khiển quá trình bởi GUI Ví dụ, người vận hành cóthể đặt trước các giá trị tham khảo cho điều khiển hay khởi động một động cơ

 Hiển thị các cảnh báo:

Các quá trình nghiêm trọng tự động khởi phát báo động, ví dụ, khi giá trị đặtđược vượt quá.

 Lưu trữ các giá trị và cảnh báo quá trình:

Hệ thống HMI có thể ghi lại các cảnh báo và giá trị quá trình Tính năng nàycho phép bạn lưu giữ các dãy quá trình và lấy ra các dữ liệu của sản xuất từ trước

 Ghi chép các cảnh báo và các giá trị quá trình:

Hệ thống HMI có thể đưa ra các báo cáo giá trị quá trình và các cảnh báo Tínhnăng này cho phép bạn in ra các dữ liệu sản xuất ở cuối của ca làm việc

 Quản lí thông số máy móc và quá trình:

Hệ thống HMI có thể lưu giữ các thông số của các quá trình và máy móc dướidạng công thức Ví dụ, bạn có thể download những thông số trên một đường dẫn từthiết bị HMI tới PLC để thay đổi toàn kiểu sản xuất của sản phẩm

2.3 Phân tích và lựa chọn hệ thống truyền động di chuyển cho các trục.

Các thiết bị có thể sử dụng để tạo ra hệ thống di chuyển theo phương nganghiện nay là:

+ Vít me trục xoắn:

Hình 2.5 Vít me trục xoắn

+ Bàn trượt dây đai:

Hình 2.6 Bàn trượt dây đai

Bàn trượt dây đai có sử dụng thanh trượt dẫn hướng và nó có 2 chức năng cơ bản:

 Dùng để dẫn hướng cho các bộ phận máy như bàn máy, các cụm trục theomột quỹ đạo hình học cho trước

2.4 Phân tích và lựa chọn động cơ

Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng cách điện và mỗi cuộn dây đều đượcbọc kỹ thành một khối và tẩm sơn cách điện trước khi đặt lên các cực từ, các cuộn dâykích từ đặt trên các cực từ được nối tiếp với nhau

 Cực từ phụ :

Cực từ phụ đặt giữa cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều Lõi thép cực từphụ thường bằng thép khối và trên cực từ phụ đặt dây quấn cực từ chính Cực từ phụđược gắn vào nhờ bulong

 Gông từ :

Gông từ dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy Trongmáy điện nhỏ và vừa thường dùng thép tấm dây uốn và hàn lại Trong máy điện lớnthường dùng thép đúc, đối với máy điện nhỏ có khi dùng gang làm vỏ máy

 Các bộ phận khác :

- Nắp máy : Để bảo vệ máy khỏi hư hỏng, an toàn cho người vận hành Trongmáy điện nhỏ và vừa nắp máy còn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi, trường hợpnày nắp máy thường làm bằng gang

- Cơ cấu chổi than : Để đưa dòng điện từ phần quay ngoài Gồm có chổi thanđặt trong hộp chổi than và một lò xo tỳ chặt lên cổ góp Giá chổi than có thểquay được để điều chỉnh chổi than đúng chỗ, sau khi điều chỉnh xong thìdùng vít cố định lại vị trí đã chỉnh

2.4.1.2 Phần quay gồm.

 Lõi sắt phần ứng :

Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ, thường dùng lá thép kỹ thuật điện (thép hợp kimSilic) dày 0,5mm như cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do

dòng điện xoáy gây nên Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại ta đặtdây quấn vào rãnh đó.

 Dây quấn phần ứng :

Dây quấn phần ứng là phần sinh ra sức điện động và có dòng điện chạy qua Dâyquấn thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện Trong máy điện nhỏ (công suất vàiKW) thường dùng dây có tiết diện trơn Máy điện vừa và lớn thường dùng dây có tiếtdiện hình chữ nhật Dây quấn được cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép

 Cổ góp :

Cổ góp còn gọi là vành đổi chiều, dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thànhdòng một chiều

 Các bộ phận khác :

- Cánh quạt: dùng để quạt gió, làm mát động cơ

- Trục quạt: trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt ổ bi trục máy, thườngđược làm bằng thép cacbon tốt

2.4.1.4 Nguyên lý hoạt động của động cơ DC.

Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu,hay nam châm điện, rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều,một phần quan trọng khác của động cơ điện 1 chiều là bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm

vụ là đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động quay của rotor là liên tục Thôngthường bộ phận này gồm có một bộ cổ góp và một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp

Nếu trục của một động cơ điện một chiều được kéo bằng 1 lực ngoài, động cơ

sẽ hoạt động như một máy phát điện một chiều, và tạo ra một sức điện động cảm ứngElectromotive force (EMF) Khi vận hành bình thường, rotor khi quay sẽ phát ra mộtđiện áp gọi là sức phản điện động counter-EMF (CEMF) hoặc sức điện động đốikháng, vì nó đối kháng lại điện áp bên ngoài đặt vào động cơ Sức điện động nàytương tự như sức điện động phát ra khi động cơ được sử dụng như một máy phát điện(như lúc ta nối một điện trở tải vào đầu ra của động cơ, và kéo trục động cơ bằng một

ngẫu lực bên ngoài) Như vậy điện áp đặt trên động cơ bao gồm 2 thành phần : sứcphản điện động và điện áp giáng tạo ra do điện trở nội của các cuộn dây phần ứng

 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều :

Khi cho điện áp 1 chiều U vào 2 chổi than A và B, trong dây quấn phần ứng códòng điện Iư Các thanh dẫn ab, cd có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực Fđt tácdụng làm cho rotor quay Chiều của lực được xác định theo quy tắc bàn tay trái Khiphần ứng quay được nửa vòng, vị trí các thanh dẫn ab, dc sẽ đổi chỗ cho nhau do cóphiến góp đổi chiều dòng điện, giữ cho chiều lực tác dụng không đổi Khi động cơquay, các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng sức điện động Eư Chiều sức điện độngxác định theo quy tắc bàn tay phải ở động cơ điện 1 chiều thì sức điện động Eư ngượcchiều với dòng điện Iư nên Eư còn gọi là sức phản điện động

2.4.1.5 Ưu điểm và nhược điểm của động cơ điện một chiều

Động cơ điện một chiều giữ vị trí thứ 5 trong công nghiệp giao thông vận tải, vàcác thiết bị cần điều khiển tốc độ quay liên tục trong phạm vi lớn (vd : trong máy cánthép, máy công cụ lớn, đầu máy điện… ) Tuy nhiên so với động cơ không đồng bộ đểchế tạo động cơ điện một chiều cùng kích thước thì giá thành lớn hơn do sử dụngnhiều kim loại màu, bảo quản, chế tạo cổ góp phức tạp Nhưng máy điện một chiềuvẫn không thể thiếu trong nền sản xuất hiện đại nhờ các ưu điểm của nó

Ưu điểm của động cơ điện một chiều là dùng làm động cơ điện hay máy phát điệntrong nhiều điều kiện làm việc khác nhau Nhưng ưu điểm lớn nhất của động cơ điệnmột chiều đó là điều chỉnh, thay đổi tốc độ và khả năng làm việc trong điều kiện quátải Động cơ điện một chiều không những có thể điều chỉnh rộng và chính xác, mạchđiều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng cao so với động cơ điện khôngđồng bộ

Động cơ điện một chiều có nhược điểm chủ yếu là có hệ thống cổ góp - chổi thannên vận hành kém độ chính xác và không đảm bảo an toàn an toàn trong các môitrường rung chấn, dễ cháy nổ

Động cơ điện một chiều, nhưng những động cơ loại này thường được sử dụng giớihạn ở những thiết bị tốc độ chậm, công suất thấp đến trung bình như các máy công cụ

và máy cán Ở công suất lớn, động cơ một chiều có thể gặp trục trặc với các cổ góp cơ.Các động cơ này cũng bị hạn chế chỉ sử dụng ở những khu vực sạch, không độc hại vì

nguy cơ đánh lửa ở các chổi than So với động cơ xoay chiều, động cơ một chiều cũngkhá đắt.

 Một số loại động cơ một chiều :

 Động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

Hình 2.10 Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ độc lập

Nếu dòng kích từ được cấp từ một nguồn riêng, thì đó là động cơ một chiều kích từ

độc lập Ở động cơ kích từ song song, cuộn kích từ (trường kích từ) được nối song

song với cuộn dây phần ứng Vì vậy, dòng điện toàn phần của đường dây là tổng củadòng kích từ và dòng điện phần ứng

- Tốc độ động cơ trên thực tế là không đổi, không phụ thuộc vào tải (tới một mômen nhất định, sau đó tốc độ giảm), nhờ vậy loại động cơ này thích hợp với các ứngdụng với mô men khởi động thấp, như ở các máy công cụ

- Có thể điều khiển tốc độ bằng cách lắp thêm điện trở nối tiếp với phần ứng(giảm tốc độ) hoặc lắp thêm điện trở nối tiếp với mạch kích từ (tăng tốc độ)

 Động cơ điện một chiều tự kích :

Ở động cơ nối tiếp, cuộn kích từ (trường kích từ) được nối nối tiếp với cuộn dây phầnứng Nhờ vậy, dòng kích từ sẽ bằng với dòng phần ứng

- Tốc độ giới hạn ở 5000 vòng/phút

- Cần tránh vận hành động cơ nối tiếp ở chế độ không tải vì động cơ sẽtăng tốc không thể kiểm soát được Động cơ nối tiếp phù hợp với nhữngứng dụng cần mô men khởi động lớn, như cần cẩu và tời

 Động cơ điện kích từ hỗn hợp một chiều:

Hình 2.11 Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ hỗn hợp

Động cơ kích từ hỗn hợp một chiều là kết hợp của động cơ nối tiếp và động cơ kích

từ song song Ở động cơ kích từ hỗn hợp, cuộn kích từ (trường kích từ) được nối songsong và nối tiếp với cuộn dây phần ứng Nhờ vậy, động cơ loại này có mô men khởiđộng tốt và tốc độ ổn định Tỷ lệ phần trăm đấu hỗn hợp (tức là tỷ lệ phần trăm củacuộn kích từ được đấu nối tiếp) càng cao thì mô men khởi động của động cơ càng cao

Ví dụ động cơ có tỷ lệ đấu hỗn hợp là 40-50% thích hợp với tời và cần cẩu, còn động

cơ kích từ hỗn hợp chuẩn (12%) lại không thích hợp với hai loại thiết bị này (MyElectrical, 2005)

2.4.1.6 Tính chọn động cơ thực tế

Trong mô hình việc tính toán lựa chọn động cơ sẽ đơn giản nhưng để có

phương hướng tối ưu khi áp dụng vào thực tế nên cần thiết phải tính chọn động cơ khi

áp dụng mô hình bãi đỗ xe vào thực tế

Các thông số cơ bản ban đầu

- Tải trọng nâng: Q = 4T = 40000N

- Chiều cao nâng: H = 5 m

- Tốc độ nâng vật: Vn =16 m/ph

- Trọng lượng của bộ phận mang vật bao gồm: mang vật

Cơ cấu nâng hạ