TỔNG QUAN VỀ CỬA ĐÓNG MỞ TỰ ĐỘNG
KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CỬA TỰ ĐỘNG
Trong xã hội hiện đại, cửa là một phần thiết yếu của mọi công trình kiến trúc Tuy nhiên, cửa truyền thống hiện nay gặp phải nhiều nhược điểm, như chỉ có thể đóng mở bằng tay, gây tốn thời gian và cảm giác bất tiện cho người sử dụng.
Việc thiết kế cửa đa năng, tiện ích là cần thiết để đáp ứng nhu cầu sống hiện đại và phát triển của con người.
Hiện nay, trên thế giới có nhiều loại cửa tự động với đa dạng hình dáng, kích thước và chức năng, đáp ứng mọi nhu cầu của người dùng Các sản phẩm này không chỉ nâng cao tính năng và công dụng mà còn đảm bảo an toàn, tiết kiệm không gian, thời gian và năng lượng.
Cửa tự động có hệ thống điện phức tạp, cần đảm bảo hoạt động chính xác tại từng vị trí Điều này giúp người ra vào không phải chờ đợi lâu khi cửa thay đổi trạng thái, đồng thời vận hành êm ái với tốc độ hợp lý Ngoài hệ thống điện, phần cơ khí cũng là yếu tố quan trọng trong các hệ thống cửa tự động.
Một số loại cửa tự động hiện nay:
1.1.1 Cửa trƣợt tự động – Automatic sliding door
Hình 1.1 Cửa trƣợt tự động
Cánh cửa trượt đang trở thành xu hướng phổ biến trong thiết kế không gian sống đô thị nhờ vào những lợi thế vượt trội Đầu tiên, chúng giúp tiết kiệm diện tích, tạo ra không gian rộng rãi hơn cho người sử dụng Thứ hai, thiết kế cửa trượt mang đến vẻ đẹp thanh lịch và tối giản, phù hợp với phong cách thiết kế hiện đại Sự kết hợp giữa tính năng tiết kiệm diện tích và thẩm mỹ tối giản đã khiến cửa trượt trở thành lựa chọn lý tưởng cho các không gian sống đương đại.
Cánh cửa trượt hiện đại được nâng cấp với các công nghệ tiên tiến như bánh xe, hệ thống ray trượt cao cấp và điều khiển tự động thông qua hệ thống điều khiển từ xa hoặc mắt điện tử thông minh, mang lại trải nghiệm sử dụng tuyệt vời hơn bao giờ hết.
Cửa trượt không chỉ đơn thuần là một hệ thống đóng - mở, mà còn tạo ra cơ hội đối thoại hoàn hảo giữa các không gian Khi được kéo ra, các cánh cửa gần như hòa vào tường, mang đến sự linh hoạt trong việc ngăn cách các không gian và kết nối nội thất với thiên nhiên bên ngoài Nhờ đó, cửa trượt không chỉ thể hiện tính năng linh động mà còn góp phần tạo nên cảm giác hiện đại cho không gian sống.
Cửa trượt hiện đại không chỉ được làm từ gỗ truyền thống mà còn từ kim loại cao cấp và nhựa tổng hợp, với tiêu chí chính là nhẹ và bền Nhờ vào chất liệu đa dạng này, cửa trượt có thể được sử dụng linh hoạt trong nhiều không gian nội thất, từ phòng khách, phòng ngủ, đến buồng tắm và nhà bếp.
Cửa trƣợt là một sự lựa chọn đầy ƣu thế, các thiết bị đƣợc sử dụng trong loại cửa này bao gồm:
1.1.1.1 Motor (DC Brushless motor) Đƣợc thiết kế và sản xuất tại Nhật, đây là loại motor điện một chiều không sử dụng chổi than cho phép cửa hoạt động với tần suất cao mà không bị nóng Với moment xoắn lớn cộng với hệ thống giá đƣợc chế tạo đặc biệt giúp cho sự vận hành của cửa hết sức nhẹ nhàng không bị rung Tải trọng tối đa cho 2 cánh cửa lên tới 240kg hoặc 150kg cho cửa cánh
Hình 1.2 Bộ điều khiển và giá đỡ của cửa trƣợt tự động
Hình 1.3 Bộ điều khiển trung tâm và ray
1.1.1.2 Bộ điều khiển (MICOM controler)
Việc sử dụng Micro Computer trong lập trình hệ thống giúp đảm bảo các chức năng đóng-mở cửa một cách an toàn và hiệu quả Hệ thống có thể tích hợp với các thiết bị như đầu đọc thẻ, khóa điện và cảm biến an toàn, nâng cao mức độ bảo mật Khi cửa đang mở hoặc đóng, nếu gặp chướng ngại vật, cửa sẽ tự động dừng lại, đối chiều và từ từ mở hoặc đóng lại Nếu gặp vật cản ba lần, cửa sẽ giữ nguyên ở vị trí mở và chỉ hoạt động trở lại khi nhận tín hiệu từ cảm biến.
Cửa được thiết kế với khả năng quét xa, nhạy và liên tục, giúp duy trì trạng thái mở khi có người hoặc vật cản nằm trong vùng hoạt động của nó.
1.1.1.4 Hộp kỹ thuật (RAIL BASE) Đƣợc chế tạo từ hợp kim nhôm với độ cứng cao giúp cho khung cửa chắc khỏe và đặc biệt không bị mài mòn trong quá trình sử dụng
1.1.1.5 Hệ thống bảo vệ cách nhiệt tiêu chuẩn
Để ngăn ngừa hư hỏng bộ điều khiển và motor, hệ thống sẽ thông báo khi tải vượt quá mức cho phép Bộ điều khiển trung tâm sẽ tự động giảm tốc độ và thời gian vận hành, giúp cửa vẫn hoạt động ở cường độ thấp Nếu tình trạng quá tải không tiếp diễn, cửa sẽ trở lại hoạt động bình thường và tốc độ sẽ được phục hồi.
Tuy nhiên khu quá tải lại tiếp tục, cửa sẽ dừng hoạt động để bảo vệ động cơ
Tự động: cửa tự động đóng khi không có người, mở khi có người qua lại
Mở thường trực: cửa lúc nào cũng mở
Mở một chiều: Dành cho các cửa hàng, siêu thị Ở chế độ này chỉ cho phép người đi qua một chiều nhất định (đi ra hoăc đi vào)
Chế độ đóng cửa vào ban đêm và mở lại vào sáng hôm sau cho phép người dùng tự đặt giờ đóng mở cửa linh hoạt Ngoài ra, hệ thống còn có chế độ khóa cửa theo yêu cầu, giúp bảo vệ an toàn bằng cách ngăn chặn người khác mở cửa khi không được phép.
Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật cửa trƣợt tự động
Nội dung Cửa đơn Cửa đôi
Kiểu lắp Gá bề mặt
Lực mở bằng tay < 3Kg < 3Kg
Tốc độ đóng mở(mm/s) 100mm – 450 mm (10 cấp tốc độ)
200mm – 550 mm (10 cấp tốc độ)
Công suất motor DC brushless motor- 45W
Bộ điều khiển Bộ điều khiển Micom
Hệ thống truyền động Motor và curoa răng cƣa M8 x 14
Chức năng an toàn của thiết bị bao gồm cơ cấu tự đảo chiều, giúp tự động điều chỉnh hành trình đóng mở khi gặp vật cản Thiết bị hoạt động với nguồn điện AC từ 180V đến 250V, tần số 50-60Hz.
Nhiệt độ môi trường Từ -20 0 Cđến 50 0 C
1.1.2 Cửa mở cánh tự động – Automatic swing door
Hình 1.4 Cửa mở cánh tự động
CÔNG NGHỆ ĐIỀU KHIỂN CỬA
Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại cửa tự động nhưng logic điều khiển cửa không khác biệt với nhau nhiều
Cửa tự động được trang bị cảm biến bên trong và bên ngoài để phát hiện sự xuất hiện của người Những cảm biến này không chỉ xác định vị trí cần giảm tốc mà còn có chức năng ngắt điện động cơ khi cần thiết.
Khi có người ra vào, cảm biến cửa sẽ phát hiện và gửi tín hiệu tới bộ điều khiển, kích hoạt động cơ mở cửa Động cơ hoạt động với nhiều cấp tốc độ, bắt đầu bằng việc chạy nhanh rồi dần giảm tốc trước khi dừng lại khi cửa đã mở hoàn toàn Việc giảm tốc ở cuối hành trình giúp giảm động năng, đảm bảo cửa dừng chính xác và tránh va chạm Đặc biệt, tốc độ mở cửa có thể nhanh hơn tốc độ đóng để tạo cảm giác an toàn cho người sử dụng.
Khi cửa đóng lại và có người tiếp cận, cửa sẽ mở ra với tốc độ thay đổi tùy thuộc vào vị trí hiện tại của nó Nếu cửa đang trong hành trình mở nhanh, nó sẽ mở nhanh chóng rồi dần dần đóng lại Ngược lại, nếu cửa ở trạng thái mở chậm, nó sẽ mở từ từ và dừng lại Sau khi cửa đã hoàn toàn đóng hoặc mở, động cơ truyền động sẽ ngắt điện Để đảm bảo an toàn, cảm biến sẽ được lắp đặt để phát hiện người ở khoảng cách đủ xa Bộ điều khiển cũng sẽ được cài đặt thời gian, chỉ khi cảm biến liên tục phát hiện người trong một khoảng thời gian nhất định, cửa mới mở; nếu người chỉ đi ngang qua trong thời gian ngắn, cửa sẽ không mở.
Khi có đông người qua lại, cảm biến sẽ gửi tín hiệu thông báo đến bộ điều khiển trung tâm, giúp cửa hoạt động ở chế độ mở thường trục để mọi người dễ dàng ra vào Khi lượng người giảm, cảm biến sẽ báo lại để bộ điều khiển trung tâm đưa cửa trở về chế độ bình thường và phục hồi tốc độ hoạt động.
Cảm biến đảm bảo an toàn cho người đi qua bằng cách mở cửa khi phát hiện có người hoặc hành lý giữa hai cánh cửa Nếu gặp vật cản ba lần, cửa sẽ giữ nguyên vị trí mở và chỉ đóng lại khi cảm biến không còn phát hiện vật cản.
Khi cửa bị kẹt do chướng ngại vật trên thanh ray, dây curoa hoặc trục động cơ, hệ thống sẽ tự động mở hết cửa hoặc ngắt điện cho động cơ, khiến cửa dừng lại tại vị trí gặp sự cố Đồng thời, tín hiệu cảnh báo sẽ được gửi đến người điều khiển để kịp thời khắc phục sự cố.
HỆ THỐNG ĐIỆN TRONG CỬA TỰ ĐỘNG
THIẾT BỊ CẢM BIẾN
2.1.1 Cảm biến phát hiện người qua cửa
Cảm biến là thiết bị tiếp nhận thông tin từ môi trường xung quanh và chuyển đổi chúng thành các đại lượng điện, giúp điều khiển các thiết bị khác Chúng là một trong ba thành phần cơ bản của hệ thống điều khiển.
Cảm biến là các thiết bị nhạy cảm có khả năng chuyển đổi các đại lượng đo lường, kiểm tra hoặc điều khiển sang dạng khác để thuận tiện cho việc xử lý Chúng thường được sử dụng trong các ứng dụng đo lường và kiểm tra Các loại cảm biến này đóng vai trò quan trọng trong tự động hóa quy trình sản xuất và điều khiển các hệ thống khác nhau.
PHÂN LOẠI CẢM BIẾN
Gắn trực tiếp lên đại lượng cần đo, tín hiệu phát ra có thể tương quan tỷ lệ với đại lượng vật lý được đo.
2.2.2 Các loại cảm biến không tiếp xúc
- Cảm biến điện từ đo khoảng cách, phát hiện vật thể
- Cảm biến quang học đo khoảng cách phát hiện sự hiện diện
TÌM HIỂU MỘT SỐ LOẠI CẢM BIẾN
Cảm biến tiệm cận là thiết bị phát hiện sự hiện diện của đối tượng mà không cần tiếp xúc cơ học, sử dụng nguyên lý thay đổi điện cảm hoặc điện dung Mặc dù có tầm hoạt động tối đa lên đến 100m, cảm biến này vẫn có những hạn chế Các kỹ thuật tiếp cận dựa trên vi sóng và quang học mang lại tầm hoạt động rộng rãi hơn và được ứng dụng phổ biến trong thực tế.
Cảm biến tiếp cận quang học sử dụng nguồn sáng và cảm biến quang để phát hiện đối tượng Khi đối tượng cắt chùm tia sáng, cảm biến sẽ tác động và kích hoạt Việc bố trí cảm biến tiếp cận quang học thường được thực hiện theo các phương pháp cụ thể để đảm bảo hiệu quả trong việc phát hiện.
Cảm biến được lắp đặt đối diện với nguồn phát sẽ phát hiện đối tượng khi nó cắt chùm tia Cách bố trí này có những ưu điểm và nhược điểm riêng Ưu điểm của phương pháp này là khả năng phát hiện chính xác và nhanh chóng, giúp nâng cao hiệu quả trong việc giám sát và bảo vệ.
- Cự ly cảm nhận xa
- Có khả năng thu đƣợc tín hiệu mạnh
- Tỷ số tương phản sáng/ tối lớn nhất
- Đối tƣợng phát hiện có thể lặp lại
- Đòi hỏi dây nối qua vùng phát hiện giữa nguồn sáng và cảm biến
- Khó chỉnh thẳng hàng giữa cảm biến và nguồn sáng
- Nếu đối tượng có kích thước nhỏ hơn đường kính hiệu dụng của chùm tia cần có thấu kính để thu hẹp chùm tia
Hình 2.1 Cảm biến hồng ngoại RK210PT
Hồng ngoại là sóng điện từ có bước sóng lớn hơn tia đỏ, dễ dàng được tạo ra từ diode phát hồng ngoại chuyên dụng, và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực Tia hồng ngoại có khả năng phản xạ khi gặp bề mặt vật thể, cho phép phát hiện vật thể thông qua cảm biến hồng ngoại Cảm biến này phát xạ tia hồng ngoại và phân tích tín hiệu phản xạ để nhận diện chuyển động Ngoài ra, nó cũng có thể phát hiện sự hiện diện của cơ thể sống nhờ vào bức xạ nhiệt tự nhiên của chúng Trong mạch phát hiện vật thể, các diode sensor hồng ngoại được bố trí thành từng cặp để tối ưu hóa khả năng thu nhận tín hiệu.
Trong cách bố trí này, tia hồng ngoại phát ra từ diode sẽ phản xạ lại khi gặp bề mặt vật cản Sensor được đặt cạnh diode phát, do đó sẽ thu nhận tín hiệu phản xạ này.
Hồng ngoại là công nghệ truyền tin không dây với khả năng chống nhiễu tốt hơn ánh sáng thông thường, cho phép truyền tải thông tin mã hóa Thiết bị thu phát hồng ngoại có thiết kế đơn giản, gọn nhẹ và giá thành rẻ Nhờ những ưu điểm này, hồng ngoại được lựa chọn là giải pháp tối ưu cho việc thiết kế mạch phát hiện vật thể trong cửa tự động.
KC7786 là một cảm biến nhỏ gọn, được thiết kế với bộ khuếch đại và mạch logic Trung tâm của thiết bị là bộ điều chỉnh KC778B, nổi bật với độ tin cậy cao Cảm biến này có khả năng phát hiện sự di chuyển của con người trong khoảng cách lên đến 5m, rất phù hợp cho các hệ thống cảnh báo chống trộm và chiếu sáng.
Hình 2.2 Cảm biến hồng ngoại KC7786
Bộ điều khiển cảm biến:
Hình 2.3 Bộ điều khiển cảm biến
CB hồng ngoại được sử dụng trong cửa tự động dùng để nhận biết có người đang đi tới để đóng mở kịp thời
Hình 2.5 Vị trí gắn cảm biến trên cửa tự động
CB siêu âm là thiết bị dùng để xác định vị trí của các vật thông qua phát sóng siêu âm
Hình 2.4 Sơ đồ cấu tạo cảm biến siêu âm
Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật cảm biến siêu âm
SRF02 Chi tiết Điện áp Nguồn 5V
Phạm vi hoạt động 15cm – 6m
Khả năng hoạt động Điều khiển liên tục 64 bước
Tốc độ truyền 12C Đường truyền tương tự - connects up to
16 thiết bị cho bất kỳ cổng uP hoặc UART nào giúp điều khiển tự động mà không cần định kích cỡ hoạt động Chúng có khả năng tự xử lý và hoạt động nhanh chóng, với thời gian hoạt động và thời gian hồi đáp tối ưu, đảm bảo tín hiệu điều khiển được truyền đi hiệu quả.
Hệ đơn vị Đo trong hệ inch, mm, uS
Kích thước 24mm x 20mm x 17mm chiều cao
Cảm biến quang là thiết bị đo vị trí và dịch chuyển sử dụng phương pháp phát quang hình học, bao gồm một nguồn sáng và một đầu thu quang, thường là tế bào quang điện.
Cảm biến quang gồm có:
Biến quang soi thấu Ứng dụng:
Nhận biết vị trí của chi tiết máy trong CNC
Cảm biến màu sản phẩm hóa thực phẩm
Cảm biến lùi định vị khoảng cách các vật đối với ô tô, để đảm bảo an toàn
Cảm biến định vị vị trí trục khuỷu, bướm ga, chân ga để nâng cao hiệu suất, tính toán lƣợng nhiên liệu đƣợc đốt trong động cơ đốt trong
Đém sản phẩm trong dây chuyền
Hình ảnh và thông số kỹ thuật của một vài cảm biến quang:
Hình 2.5 Cảm biến quang phát xạ
Hình 2.6 Cảm biến quang điện.
CÔNG TẮC HÀNH TRÌNH
Hình 2.7 Công tắc hành trình
Công tắc hành trình là một thiết bị thực hiện chức năng đóng mở mạch điện
Công tắc thường được lắp đặt trên đường hoạt động của một cơ cấu, nhằm đảm bảo rằng khi cơ cấu di chuyển đến vị trí đã định, nó sẽ kích hoạt công tắc.
- Hành trình có thể tịnh tiến hoặc quay
- Người tai có thể sử dụng công tắc hành trình vào các mục đích như:
Giới hạn hành trình là cơ chế đảm bảo rằng khi thiết bị đến vị trí giới hạn, nó sẽ tác động vào công tắc để ngắt nguồn cung cấp, ngăn chặn việc vượt quá vị trí đó Hành trình tự động được thực hiện thông qua việc kết hợp với các rơ le, PLC hoặc vi điều khiển, cho phép khi thiết bị đạt đến vị trí đã định trước, nó có thể kích hoạt hoạt động của các cơ cấu khác hoặc tác động trực tiếp lên chính cơ cấu đó.
Công tắc hành trình đƣợc dùng nhiều trong các dây chuyền tự động
Các công tắc hành trình có thể là:
+ Các nút ấn thường đóng, thường mở
ENCODER
Encoder có nhiệm vụ đo lường dịch chuyển thẳng hoặc góc, chuyển đổi vị trí thành tín hiệu nhị phân, giúp xác định vị trí trục hoặc bàn máy Tín hiệu đầu ra của encoder được sử dụng làm tín hiệu phản hồi trong các máy CNC và robot.
Tùy thuộc vào chuyển động của encoder mà ta có hai kểu encoder: thẳng và quay
Encoder thẳng hoạt động theo nguyên lý tương tự như encoder quay, nhưng có một điểm khác biệt quan trọng: chiều dài của encoder thẳng phải bằng tổng chiều dài chuyển động cần đo Điều này có nghĩa là chiều dài của encoder phải tương ứng với chiều dài thước đo.
Encoder quay là một thiết bị nhỏ gọn, kích thước của nó không phụ thuộc vào khoảng cách đo, giúp nó trở nên nhỏ hơn so với encoder thẳng.
- Encoder quay có thể dùng để đi cả hai thông số là dịch chuyển và tốc độ
Trong máy công cụ điều khiển số, bàn máy được điều khiển chuyển động thông qua động cơ như động cơ bước, động cơ một chiều hoặc động cơ xoay chiều Chuyển động này được truyền dẫn qua vít me, đai ốc, và bi, có thể sử dụng encoder lắp trong cụm truyền dẫn để tăng độ chính xác.
PHÂN LOẠI ENCODER
Encoder tuyệt đối kết cấy bao gồm nguồn sáng, đĩa mã hóa và các photosensor Đĩa mã hóa được làm từ vật liệu trong suốt, với mặt đĩa được chia thành các góc đều nhau và các đường tròn đồng tâm Các đường tròn này giới hạn các góc, tạo thành các phần tố diện tích Tập hợp các phần tố diện tích bị giới hạn bởi hai vòng tròn đồng tâm được gọi là dải băng Số lượng dải băng trên đĩa phụ thuộc vào khả năng công nghệ, hiện nay công nghệ cho phép chia đĩa mã hóa thành nhiều dải băng hơn Trên các dải băng, các diện tích phân tố có tính trong suốt, cho phép ánh sáng xuyên qua, đặc trưng bởi tính chất của các phân tố này.
Đĩa quang là một thành phần quan trọng trong nguyên lý hoạt động của Encoder tuyệt đối Đĩa mã hóa được gắn trên trục, với nguồn sáng (đèn LED) được bố trí ở bên trái và các cảm biến quang (photosensor), khuếch đại và Trigger Smiths được đặt ở bên phải của đĩa.
Mỗi dải băng được lắp đặt với nguồn sáng cố định cùng với các photosensor Khi ánh sáng từ nguồn sáng chiếu vào đĩa mã hóa, nếu phía đối diện là diện tích phân tố trong suốt, ánh sáng sẽ truyền qua đĩa và đến photosensor, tạo ra dòng điện chạy qua photosensor.
Khi ánh sáng chiếu vào một phân tố bị chắn sáng, ánh sáng không đến được photosensor, dẫn đến việc không có dòng điện chạy qua Do dòng ra của photosensor rất nhỏ, nên cần sử dụng bộ khuếch đại để tăng cường tín hiệu đủ lớn cho tầng tiếp theo.
Trong quá trình quay đĩa mã hóa, cường độ ánh sáng ban đầu tăng dần đến cực đại và sau đó giảm xuống khi tia sáng bị chặn, dẫn đến dòng điện trong photosensor trở về 0 Để tạo ra xung ra hình vuông, tín hiệu cần được đưa qua mạch sửa dạng xung Trigger Smiths.
Gọi số góc trên đĩa là S và số dải là a, quan hệ giữa số góc và số dải đƣợc biểu diễn qua công thức:
S = 2 a (2.1) Trong đó: a là số nguyên dương tuyệt đối
Giá trị góc chia trên đĩa mã hóa α đƣợc tính theo công thức: Α = 360/S (2.2)
Encoder đƣợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp Encoder gia số có hai loại
+ kiểu thẳng + kiểu quay a Encoder quay:
Bài viết này đề cập đến cấu trúc của một hệ thống quang học bao gồm nguồn sáng (bóng đèn), thấu kính, thước cố định, đĩa phát xung, photosensor và mạch điện Đĩa phát xung được chế tạo từ vật liệu trong suốt và có một hoặc hai dải băng, với dải băng là tập hợp các vạch sáng tối có độ dày đồng nhất.
Một trong hai dải băng trên đĩa có chức năng phát xung, trong khi dải băng còn lại dùng để xác định góc quay không quy chiếu Đĩa phát xung được gắn trên trục và quay cùng với trục đó Đĩa thước, hay còn gọi là thước cố định, có bốn rãnh được xẻ trên cùng một hàng, và rãnh thứ năm được bố trí riêng Thước này được cố định trên vỏ cùng phía với photosensor Tương ứng với năm rãnh cố định, chúng ta lắp đặt năm photosensor, và các photosensor cũng được gắn cố định với Encoder.
Thấu kính làm nhiệm vụ biến đổi đường đi của các tia sáng thành các tia sáng song song
Hình 2.10 Encoder gia số kiểu quay b Encoder gia số kiểu thẳng:
Encoder gia số kiểu thẳng cũng có những thành phần tương tự như Encoder gia số kiểu quay nhưng chỉ khác là thước động là thước thẳng
Nguyên lý hoạt động hoàn toàn giống với Encoder kiểu quay Ƣu điểm:
- Đơn giản và rẻ tiền
- Không cần mạch giải mã và không cần bộ đếm
- Tốc độ có thể chọn ở bất cứ thời điểm nào
- Không đo đƣợc vị trí tuyệt đối do sự thay đổi gia số
- Rất nhạy cảm với các tín hiệu bên ngoài
- Ngắt nguồn điện sẽ làm mất gốc 0, muốn đo đƣợc phải xác định lại
Hình 2.11 Encoder công nghệ c Encoder xung: Ƣu điểm:
- Đầu ra dạng xung nên trong các hệ thống điều khiển không cần có các bộ chuyển đổi ADC
- Phải có thêm mạch giải mã và đếm
Khi lựa chọn Encoder, nên ưu tiên loại có 100 xung/vòng quay, với điện áp đầu vào 5V và điện áp xung ra cũng là 5V, nhằm tận dụng những ưu điểm nổi bật của các loại Encoder này.
THIẾT BỊ ĐÓNG NGẮT VÀ ĐIỀU KHIỂN
2.7.1 Khái niệm chung về rơ le
Rơ le là thiết bị điện tự động, với tín hiệu đầu ra thay đổi khi tín hiệu đầu vào đạt giá trị xác định Nó được sử dụng để đóng cắt mạch điện điều khiển, đồng thời bảo vệ và điều khiển hoạt động của mạch điện động lực.
2.7.2 Các bộ phận chính của rơle a Cơ cấu tiếp thu
Cơ cấu trung gian có nhiệm vụ tiếp nhận tín hiệu đầu vào và chuyển đổi chúng thành đại lượng cần thiết, nhằm cung cấp tín hiệu phù hợp cho các hệ thống tiếp theo.
Nhiệm vụ chính là tiếp nhận tín hiệu từ khối tiếp thu và chuyển đổi chúng thành đại lượng cần thiết để kích hoạt rơle tác động Cơ cấu chấp hành đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.
Làm nhiệm vụ phát tín hiệu cho mạch điều khiển
Hình 2.12 Sơ đồ khối rơle điện tử
Các khối trong rơle điện tử
- Cơ cấu tiếp thu ở đây là cuộn dây
- Cơ cấu trung gian là mạch từ nam châm điện
- Cơ cấu chấp hành là hệ thống tiếp điểm
Rơle có nhiều loại với nguyên lý và chức năng làm việc đa dạng, dẫn đến nhiều phương pháp phân loại khác nhau Một trong những cách phân loại phổ biến là dựa trên nguyên lý làm việc, trong đó rơle được chia thành các nhóm riêng biệt.
- Rơle điện cơ (rơle điện từ, rơle cảm ứng )
- Rơle từ b Phân loại theo nguyên lý tác động cơ cấu chấp hành
Rơle không có tiếp điểm, hay còn gọi là rơle tĩnh, hoạt động bằng cách thay đổi đột ngột các tham số của cơ cấu chấp hành trong mạch điều khiển như điện cảm, điện dung và điện trở Phân loại rơle này dựa trên đặc tính tham số vào.
- Rơle điện áp d Phân loại theo cách mắc cơ cấu
- Rơle sơ cấp: đƣợc mắc trực tiếp vào mạch cần bảo vệ
Rơle thứ cấp được kết nối vào mạch thông qua biến áp đo lường hoặc biến dòng điện, và có thể được phân loại dựa trên giá trị cũng như chiều của các đại lượng đi vào rơle.
2.7.4 Đặc tính vào ra của rơle
Hình 2.13 Đặc tính vào ra của rơle
Quan hệ giữa đại lƣợng vào và ra của rơle nhƣ hình minh họa
Khi X biến thiên từ 0 đến X 2 thì Y=Y 1 đến khi X=X 1 thì Y tăng từ Y=Y 1 đến Y=Y 2 (nhảy bậc) Nếu X tăng tiếp thì Y không đổi Y=Y 2 Khi X giảm từ X 2 về lại
X 1 thì Y=Y 2 đến X=X1 thì Y giảm từ Y 2 về Y=Y 1
+ X=X 2 =X td là giá trị tác động rơle
+ X=X 1 =X nh là giá trị nhảy của rơle
2.7.5 Các thông số của rơle a Hệ số điều khiển rơle
- P dk là công suất điều khiển định mức của rơle, chính là công suất định mức của cơ cấu chấp hành
- P td là công suất tác động, chính là công suất cần thiết cung cấp cho đầu vào để rơle tác động b Thời gian tác động
Thời gian từ khi tín hiệu được cung cấp cho đầu vào đến khi cơ cấu chấp hành hoạt động được gọi là thời gian phản hồi Đối với rơle điện tử, thời gian này được tính từ lúc cuộn dây nhận dòng điện (hoặc áp suất) cho đến khi hệ thống tiếp điểm đóng hoàn toàn (đối với tiếp điểm thường mở) và mở hoàn toàn (đối với tiếp điểm thường đóng).
2.7.6 Một số loại rơle thông dụng a rơle trung gian
- Rơle trung gian đƣợc sử dụng rất nhiều trong các hệ thống bảo vệ điện trong các hệ thống điều khiển tự động
Rơle trung gian, với từ 4 đến 6 tiếp điểm bao gồm cả tiếp điểm thường đóng và thường mở, được sử dụng khi khả năng đóng ngắt của rơle chính không đủ Nó giúp chia tín hiệu từ rơle chính đến nhiều bộ phận khác nhau trong sơ đồ mạch điều khiển.
Rơle trung gian là linh kiện quan trọng trong các bảng mạch điều khiển điện tử, được sử dụng làm phần tử đầu ra để truyền tín hiệu cho các mạch phía sau Chúng giúp cách ly điện áp giữa phần điều khiển, thường là điện áp thấp một chiều (5V, 10V, 12V, 24V), và phần chấp hành, thường là điện áp xoay chiều (220V, 380V).
Những yêu cầu khi chọn rơle trung gian
- Công suất tiêu thụ nhỏ
- Kết cấu sử dụng đơn giản
- Công suất ngắt của hệ thống đủ lớn
- Độ bền cơ, độ bền điện của cặp tiếp điểm
- Số lƣợng cặp tiếp điểm phù hợp với nhu cầu sử dụng b Rơle thời gian
Trong hệ thống điều khiển và bảo vệ, thường cần thiết lập khoảng thời gian giữa các tác động của thiết bị hoặc trong quy trình tự động hóa sản xuất Để thực hiện điều này, người ta sử dụng rơle thời gian, một thiết bị phát tín hiệu đầu ra sau một khoảng thời gian xác định khi nhận tín hiệu vào Rơle thời gian có nhiều loại khác nhau, bao gồm rơle thời gian điện tử, thủy lực, đồng hồ và kỹ thuật số, cho phép người dùng lựa chọn phù hợp với yêu cầu công nghệ và chi phí.
Những yêu cầu khi chọn rơle thời gian
- Khả năn duy trì thời gian ổn định chính xác, không phụ thuộc dao động của điện áp nguồn cấp, tần số nhiệt độ môi trường
- Công suất ngắt của hệ thống tiếp điểm là đủ lớn
- Công suất tiêu thụ nhỏ
- Kết cấu sử dụng đơn giản
Số tiếp điểm rơle cung cấp
Hầu hết các loại rơle yêu cầu về trạng thải khi tín hiệu điện vào ban đầu bằng
0, do đó yêu cầu hệ số nhả cao
THIẾT BỊ TRUYỀN ĐỘNG
2.8.1 Động cơ điện một chiều
Trong sản xuất hiện đại, động cơ một chiều vẫn giữ vai trò quan trọng, mặc dù hiện nay có nhiều loại máy móc sử dụng điện một chiều phổ biến.
Do động cơ điện một chiều có nhiều ƣu điểm
Động cơ điều chỉnh tốc độ (ĐCĐMC) nổi bật với khả năng điều chỉnh tốc độ linh hoạt và khả năng mở máy lớn, đặc biệt là trong điều kiện quá tải Cấu trúc mạch lực và mạch điều khiển của nó đơn giản nhưng vẫn đảm bảo chất lượng điều chỉnh cao trong dải tốc độ Chính vì những ưu điểm này, ĐCĐMC được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp yêu cầu cao về việc điều chỉnh tốc độ như cán thép, hầm mỏ và giao thông vận tải.
Động cơ điện một chiều có một số nhược điểm nhất định, bao gồm giá thành cao hơn so với động cơ điện xoay chiều Ngoài ra, việc chế tạo và bảo quản cổ góp điện cũng phức tạp hơn, dễ dẫn đến hiện tượng phát sinh tia lửa điện.
Nhƣng do những ƣu điểm nên động cơ điện một chiều vẫ có một tầm quan trọng nhất định trong sản xuất
Hình 2.16 Động cơ điện một chiều
2.8.2 Cấu tạo động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều (ĐCĐMC) được cấu tạo thành hai phần chính: phần tĩnh và phần động Phần tĩnh (stato) là bộ phận đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận quan trọng.
Cực từ chính là bộ phận tạo ra từ trường, bao gồm lõi sắt, cực từ và dây quấn kích từ bên ngoài lõi sắt Lõi sắt được làm từ các lá thép kỹ thuật điện hoặc thép cacbon dày từ 0.5 đến 1mm, được ép và tán chặt Dây quấn của cực từ chính có cấu tạo tương tự như dây quấn của cực từ Cực từ phụ được gắn với vỏ máy thông qua các bulong.
Gông từ - dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy
Nắp máy đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ máy khỏi các vật thể bên ngoài có thể gây hư hỏng, đồng thời đảm bảo an toàn cho người sử dụng bằng cách ngăn chặn tiếp xúc với điện Đối với các loại máy điện vừa và nhỏ, nắp máy còn được sử dụng như một giá đỡ cho ổ bi, góp phần nâng cao hiệu suất hoạt động của thiết bị.
Cơ cấu chổi than là một phần quan trọng trong việc dẫn điện ra ngoài, bao gồm chổi than nằm trong hộp chổi than với một lò xo tỳ chặt trên cổ góp Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá này Đặc biệt, giá chổi than có khả năng quay để điều chỉnh vị trí chổi than một cách chính xác Phần quay (roto) cũng đóng vai trò quan trọng trong hoạt động của hệ thống.
Bao gồm những bộ phận chính sau:
Tấm thép kỹ thuật điện dày 0.5mm được phủ cách điện mỏng ở cả hai mặt và được ép chặt nhằm giảm thiểu tổn hao do dòng điện xoáy gây ra Trên bề mặt tấm thép, có hình dạng rãnh được dập sẵn để thuận tiện cho việc quấn dây sau khi ép lại.
Trong các máy điện có công suất trung bình trở lên, người ta thường thiết kế các rãnh để khi ép lại, chúng sẽ tạo thành các lỗ thông gió Những lỗ này có vai trò quan trọng trong việc làm mát cuộn dây và mạch từ.
Dây quấn phần ứng của máy điện tạo ra suất điện động và cho phép dòng điện chạy qua Trong các máy điện nhỏ, dây quấn phần ứng thường có tiết diện tròn, trong khi đối với động cơ có công suất vừa và lớn, tiết diện dây quấn thường là hình chữ nhật.
Cổ góp là thiết bị chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều, bao gồm nhiều phiến góp cách điện với nhau bằng các tấm meca Đuôi các phiến góp được thiết kế nhô cao để hàn đầu dây cuộn dây phần ứng, với mỗi phiến góp chỉ hàn một đầu dây, tạo thành các cuộn dây phần ứng nối tiếp nhau.
- Cánh quạt: dùng để làm mát động cơ
Trục máy được chế tạo từ thép cứng có hàm lượng cacbon cao, đảm bảo độ bền và khả năng chịu lực tốt Trên trục máy, lõi thép phần ứng và cổ góp được lắp đặt, tạo nên cấu trúc hoạt động hiệu quả Hai đầu của trục máy được hỗ trợ bởi hai vòng bi nằm trong nắp máy, giúp giảm ma sát và tăng độ ổn định cho hệ thống.
Hình 2.17 Cấu tạo động cơ điện một chiều
2.8.2.1 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều
Khi áp dụng điện áp một chiều U vào hai chổi điện trong dây quấn phần ứng, dòng điện I u sẽ được tạo ra Các thanh dẫn ab và cd mang dòng điện trong từ trường của nam châm, sẽ chịu tác dụng của lực Fđt, khiến cho roto quay Chiều của lực này được xác định theo quy tắc bàn tay trái.
Khi phần ứng quay nửa vòng, các thanh dẫn ab và cd sẽ hoán đổi vị trí Nhờ có phiến góp, chiều dòng điện được đảo ngược, giúp giữ cho chiều lực tác dụng không thay đổi, đảm bảo động cơ quay theo một chiều ổn định.
Khi động cơ quay, các thanh dẫn cắt từ trường và tạo ra suất điện động Eư theo quy tắc bàn tay phải Suất điện động Eư này có chiều ngược với dòng điện I, do đó Eư còn được gọi là sức phản điện.
2.8.2.2 Điều chỉnh tốc độ và đảo chiều động cơ điện một chiều a Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
HỆ THỐNG KHÓA SỐ
GIỚI THIỆU HỆ THỐNG KHÓA SỐ
Mỗi gia đình, cơ quan, xí nghiệp và trường học đều cần bảo vệ tài sản của mình, vì vậy việc trang bị khóa cho mỗi cánh cửa ra vào là rất quan trọng.
Trên thị trường hiện nay, có nhiều loại khóa nhưng chủ yếu là khóa cơ khí Tuy nhiên, các loại khóa này thường gặp vấn đề về tính bảo mật, dễ bị phá khóa bằng các chìa khóa đa năng.
Khóa số là thiết bị bảo vệ tài sản, yêu cầu nhập mã số đã cài đặt để mở Hiện nay, có hai loại khóa số phổ biến trên thị trường: khóa số cơ khí và khóa số điện tử.
Khóa số cơ khí hoạt động bằng cách yêu cầu người dùng xoay các vòng số trên khóa Để mở hoặc khóa lại, các vòng số cần được sắp xếp theo một dãy số nhất định, khi đó khóa mới có thể được mở.
Khóa số điện tử yêu cầu người dùng nhập đúng mật khẩu, là một chuỗi các số liên tiếp Khi nhập chính xác dãy số này, khóa sẽ được mở.
Khóa số điện tử mang lại tính bảo mật cao hơn nhờ vào việc có nhiều ký tự và mã số cài đặt dài hơn Thao tác sử dụng khóa cũng dễ dàng hơn với các phím bấm, thay vì các vòng xoay của khóa cơ khí, giúp người dùng thuận tiện hơn trong việc đổi mật khẩu Ngoài ra, khóa số điện tử còn tích hợp tính năng cảnh báo khi nhập sai mật khẩu quá số lần quy định, cùng với giao diện người dùng thân thiện hiển thị thông báo về mật khẩu và cảnh báo, tạo điều kiện cho người dùng dễ dàng sử dụng.
Trên thị trường hiện nay, có nhiều loại khóa số điện tử với tính năng đổi mật mã và cảnh báo Tuy nhiên, hầu hết các sản phẩm này thiếu giao diện người dùng bằng màn hình LCD, gây khó khăn cho người dùng trong việc sử dụng.
Bộ khóa số trên thị trường chủ yếu sử dụng rơle để điều khiển việc đóng mở chốt cửa Hiện nay, phần lớn các loại khóa kỹ thuật được bán ra đều được sản xuất tại Hàn Quốc, với chủ yếu là khóa tay nắm và có mức giá tương đối cao.
Khóa sử dụng phương pháp cài đặt mã số, tương tự như khóa số trên vali hoặc cặp số, cho phép người dùng tự do cài đặt mã số Hệ thống số được thiết kế giống như phím bấm trên điện thoại, mang lại sự tiện lợi trong quá trình sử dụng Ngoài loại khóa chỉ có chức năng khóa bằng mã số, còn có loại khóa kết hợp với chìa, với chìa được thiết kế đặc biệt bốn cạnh, khó làm giả hơn so với các loại khóa hai cạnh thông thường.
Khóa số kỹ thuật mở bằng dấu vân tay cho phép đăng ký từ 25 đến 40 vân tay khác nhau, giúp lưu trữ nhiều vân tay của các thành viên trong gia đình Khi người dùng quét đúng vân tay đã được lưu trong bộ nhớ, cửa sẽ tự động mở, và phần lớn các loại khóa này không còn sử dụng chìa khóa truyền thống.
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG MẠCH KHÓA SỐ ĐIỆN TỬ
Nhập mật mã vào khối giao tiếp để hiển thị thông tin cho người dùng Nếu mật mã đúng, khối điều khiển sẽ gửi tín hiệu đến thiết bị chấp hành để mở hoặc đóng cửa Ngược lại, nếu mật mã sai, hệ thống sẽ thông báo và có thể kích hoạt báo động nếu nhập sai quá 3 lần.
Hình 3.1 Sơ đồ khối khóa số cơ bản
Khối giao tiếp và hiển thị thông tin: dùng để đƣa tín hiệu, thông số tới khối điều khiển
Khối điều khiển tiếp nhận các thông tin và xử lý các thông tin đó Xuất tín hiệu để điều khiến các thiết bị khác.
Các modul trong hệ thống
Khối giao tiếp và hiển thị thông tin
Khối điều khiển Thiết bị chấp hành
Màn hình hiển thị LCD
Khối nguồn Động cơ Khuếch đại tín hiệu
Hình 3.2 Sơ đồ khối các Modul trong hệ thống
3.3.1 Khối điều khiển trung tâm
Khối điều khiển sử dụng vi điều khiển Pic 16F877A, đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điều khiển khóa số Vi điều khiển này giúp quản lý và điều phối các hoạt động của hệ thống, đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong việc vận hành khóa số.
Báo động Màn hình hiển thị LCD
Khối nguồn Vi điều khiển
Bàn phím ma trận 4x4 kết hợp với động cơ và mạch khuếch đại tín hiệu, cùng với mạch tạo dao động thạch anh, giúp hệ thống hoạt động ổn định Hệ thống có khả năng reset về trạng thái ban đầu khi cần thiết Các chân của vi điều khiển (VĐK) kết nối với các thành phần khác như động cơ, bàn phím và khối hiển thị Đặc biệt, mật khẩu được lưu trữ qua bộ nhớ EEPROM, cho phép bảo toàn thông tin ngay cả khi mất điện Toàn bộ dữ liệu điều khiển hệ thống khóa số đều được lưu trữ trong bộ nhớ của VĐK, đảm bảo tính an toàn và hiệu quả.
Khối hiển thị chính là màn hình hiển thị LCD 16x2
Hình 3.5 Bàn phím ma trận 4x4
Bàn phím thực hiện chức năng giao tiếp với VĐK dùng để nhập password, thay đổi pass và mở khóa cửa
Nguyên lý hoạt động của quét phím dựa trên việc thiết lập các cột ở mức 1 và lần lượt hạ các chân nối với hàng xuống mức 0 Quá trình này kiểm tra xem có cột nào ở mức 0 hay không Nếu trong thời điểm một hàng ở mức 0 mà có cột cũng ở mức 0, điều này cho thấy phím đó đã được bấm.
3.3.4 Khối khuếch đại động cơ và báo động
Hệ thống báo động: cảnh báo nhập sai mật khẩu quá 3 lần thông qua hệ thống chuông báo động