thiết kế cửa tự động dùng plc

+ Cửa tự động chỉ có 1 cánh: Loại cửa này chủ yếu đợc dùng trong 2 điều kiện nh sau: Một là, những nơi yêu cầu tính hiện đại, sang trọng nhng lại có số lợng ngời đi qua lại không nhiều

phÇn I

khiển cửa tự động

I : Các loại cửa Tự động hiện nay

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

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

1.1 Cửa cuốn:

Hình 1.1 Cửa cuốn

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

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

1.2 Cửa kéo:

Hình 1.2 Cửa kéo

Loại cửa này nhìn rất lạ, với kết cấu đơn giản một động cơ

đ-ợc gắn cố định với trần nhà Cửa đđ-ợc động cơ kéo bằng một

đoạn dây Ưu điểm của loại này là đơn giản nhng hiệu quả, so vớiloại cửa cuốn thì cánh cửa chắc hơn nhiều Có lẽ nhợc điểm của loại cửa này là động cơ gắn với trần nhà vì vậy cần phải gắn đủchắc để chịu đợc sức nặng của cửa Vì vậy trong thực tế ngời

ta ít sử dụng loại cửa kéo này do nhợc điểm là phải gắn đủ chắc

để chịu sức nặng nếu không sẽ rất nguy hiểm cho ngời sử dụng

1.3 Cửa trượt

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

Loại cửa này có u điểm là kết cấu khá nhẹ nhàng,tạo ra một cảm giác thoáng đạt và thoải mái và lịch sự rất thích hợp với nhng nơi công cộng, cơ quan

Loại cửa này thiết kế rất toàn vẹn, nó có thể nhận biết đợc

ng-ời, máy móc cũng nh loài vật có thể đi qua

Nhợc điểm của loại cửa này là độ chắc chắn không cao , nhẹ nhàng nhng không có nghĩa là gọn gàng mà ngợc lại có khi lại rất cồng kềnh

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

II KHẢO SÁT CÁC LOẠI CỬA TỰ ĐỘNG Ở HÀ NỘI

Thông qua việc quan sát, tìm hiểu về cửa tự động ở một số địa

điểm trên Hà Nội hiện nay, ta nhận thấy cửa tự động đợc sử dụng

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

những nơi này có lợng ngời qua lại lớn, đồng thời những nơi này lạiyêu cầu có tính hiện đại, sang trọng và tiện dụng Sử dụng cửa tự

động tại những nơi này sẽ phát huy đợc tất cả những u điểm của nó

Tuy nhiên cửa tự động cũng có rất nhiều loại tuỳ theo yêu cầu

về mục đích sử dụng nh trọng lợng cửa, chiều cao hay phần mạch

điều khiển cửa

Theo trọng lợng cửa thì có các loại sau: loại 200 kg/hai cánh tại Cung văn hoá hữu nghị Việt Xô,loại 180kg/2 cánh tại ngân hàng nông nghiệp và phát triển nông thôn.Ngoài ra ngời ta còn chia ra làm hai loại theo số cánh cửa:Loại một cánh và loại hai cánh

+ Cửa tự động chỉ có 1 cánh: Loại cửa này chủ yếu đợc dùng trong 2 điều kiện nh sau:

Một là, những nơi yêu cầu tính hiện đại, sang trọng nhng lại có

số lợng ngời đi qua lại không nhiều nh các khác sạn lớn, nhà nghỉ lớn, hay công sở mà không có tính chất giao dịch

Hai là, những loại cổng có kích thớc lớn dùng ở các công ty, xí nghiệp hay những ngôi nhà lớn

Ngoài ra còn có thể có loại cửa tự động mà chỉ có 1 cánh đóng

mở tự động còn lại 1 cánh là đóng mở nh loại bình thờng

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

so với loại cửa tự động 1 cánh

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

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

Hình 1.4 Cửa tự động tại sân bay NộiBài

Trớc cửa ra vào nơi bán vé và làm thủ tục bay của sân bay Nội Bài cả tầng 1 và tầng 2 mỗi tầng có 14 hệ thống cửa tự động Tấtcả các cửa này đều có kết cấu cơ khí và hình dạng bên ngoài giống nhau do hãng PORTALP chế tạo

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

vệ tránh cho cửa không chuyển động vợt quá hành trình

Quan sát cửa chuyển động em thấy cửa chuyển động với ba cấp tốc độ Khi mở cửa cửa mở ra với vận tốc nhanh để kịp thời

mở ra tránh tình trạng ngời phải chờ đợi cửa mở gây cảm giác khóchịu cho ngời muốn đi vào, gần hết hành trình mở cửa giảm tốc

và dừng lại, khi cửa đóng cửa đóng với vận tốc chậm hơn so với lúc

mở để tránh gây cảm giác cho ngời muốn đi vao từ đằng xa.Gầnhết hành trình cửa giảm tốc và dừng lại chính xác Khi mở ra khoảng trễ thời gian là khoảng 5 giây nếu ko có tín hiệu thì cửa

sẽ đóng lại Khoảng cách xa của tín hiệu cảm biến là khoảng 2m.Khi cửa đang đóng mà có tín hiêu ngời đi vào thì cửa sẽ mở

ra với vận tốc nhanh sau gần cuối hành trình thì giảm tốc và dừng lại chính xác ở cuối hành trình.Cảm biến dùng ở đây là hai cảm biến quang:Một cảm biến đặt ở phía bên ngoài, một cảm biến đặt ở phía bên trong của cánh cửa để đảm bảo nhận biết

và báo tín hiệu khi có ngời đi từ trong ra cũng nh khi có ngừơi đi

từ ngoài vào.Hai cảm biến này trên khung cánh cửa

iii Công nghệ cửa tự động

Qua tìm hiểu tài liệu và quan sát thực tế em thấy một hệthống cửa tự động phải đảm bảo yêu cầu công nghệ:

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

- Khi mất tín hiệu ngời sau một khoảng thời gian trễn nhất

định cửa sẽ tự động đóng lại

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

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

la mở nhanh với vận tốc V1 để ngay lập tức mở ra kịp thờicho ngời đi tới Đến gần cuối hành trình cửa giảm xuốngvận tốc V3 và dừng lại chính xác để tránh việc va đập gây

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

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

Vấn đề phát hiện vật thể là một trong những vấn đề cơ bản trong đề tài thiết kế, điều khiển cửa tự động Để phát hiện vật thể chúng ta có thể áp dụng rất nhiều nguyên tắc vật lý khác nhau Sau đây chúng ta sẽ lần lợt tìm hiểu về một sốphơng pháp phát hiện vật thể điển hình.

1.1 Phơng pháp phát hiện vật thể ứng dụng công nghệ

vi sóng

Phơng pháp phát hiện vật thể ứng dụng vi sóng đợc thực hiện thông qua các cảm biến vi sóng Cảm biến vi sóng là thiết bị

điện tử sử dụng sóng cực ngắn để đo di chuyển tốc độ, chiều chuyển động, khoảng cách, phát hiện vật thể

Cảm biến vi sóng đợc chia thành năm loại:

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

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

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

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

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

t-Các đặc điểm cơ bản của cảm biến vi sóng:

- Không tiếp xúc cơ khí: Do có đặc tính này mà cảm biến vi sóng có thể làm việc trong các môi trờng độc hại, dễ cháy nổ, có

hiện mức, phát hiện đối tợng bằng cactông

- Bền vững: Cảm biến siêu âm không có bộ phận chuyển động,

có thể đợc bọc kín nên có thể chống đợc tác động cơ học

- Vùng tác động rộng: Cảm biến siêu âm có thể phát hiện các đối tợng xa từ 25 mm đến 45.000 mm và lớn hơn, phụ thuộc vào kích thớc của đối tợng, công suất nguồn và anten

- Kích thớc nhỏ: Mặc dù có kích thớc lớn hơn cảm biến tiếp cận

điện cảm, điện dung nhng khi sử dụng tần số cao và mạch điện

tử công nghệ cao có thể giảm kích thớc, giá thành

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

- Môi trờng làm việc: Có thể làm việc trong điều kiện môi trờng khó khăn từ -55 tới +125 độ C, môi trờng bụi bẩn, ô nhiễm, độc hại

Nguyên lý hoạt động của cảm biến vi sóng:

Cảm biến vi sóng gồm có ba phần chính:nguồn, anten tụ tiêu, máy thu và xử lý tín hiệu Thông thờng máy phát và máy thu

đợc đặt trong cùng một module Máy phát chứa diode Gunn lắp trong một hốc cộng hởng nhỏ, có nguồn năng lợng và dao động ở tần số cao cỡ Ghz Công suất phát cỡ 10 đến 20 mW, công suất nguồn một chiều 8V, 150mA Đầu cuối ống dẫn sóng đợc nối với anten Anten tụ tiêu chùm tia, mỗi anten có dải thông và hệ số khuếch đại xác định Khi đập vào đối tợng chùm sóng đợc phản hồi lại module

Khi tia phản xạ lại máy thu diode trộn sẽ phối hợp với một phần tín hiệu phát Nếu mục tiêu chuyển động pha của hai tín hiệu phát và trở về khác nhau Tín hiệu đến máy thu cỡ W đến mW cần đợc khuếch đại Ngoài khuếch đại, so sánh có thêm mạch relay đầu ra để phù hợp với ứng dụng

Với những đặc tính trên cảm biến vi sóng rất hiệu quả trong việc phát hiện những mục tiêu, những vật thể chuyển

động có kích thớc nhỏ, ở khoảng cách xa Tuy nhiên với những vật thể không di động việc sử dụng vi sóng thờng không đem lại hiệuquả nh mong muốn, chi phí cho phơng pháp này cũng khá tốn kém

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

Trong phơng pháp này việc phát hiện vật thể đợc thực hiện thông qua các cảm biến quang điện Cảm biến quang điện là cáclinh kiện quang điện, thay đổi trạng thái điện khi có ánh sáng thích hợp tác động vào bề mặt của nó Cảm biến quang điện bao gồm một số loại sau

1.2.1 Tế bào quang dẫn

Đặc trng cơ bản của tế bào quang dẫn là điện trở của nó phụ thuộc vào thông lợng của bức xạ và phổ của bức xạ đó Tế bàoquang dẫn là một trong những cảm biến có độ nhạy cao Cơ sở vật lý của tế bào quang dẫn là hiện tợng quang dẫn do kết quả của hiệu ứng quang điện bên trong Đó là hiện tợng giải phóng hạt tải điện trong vật liệu bán dẫn dới tác dụng của ánh sáng

1.2.2 Photodiode

Nguyên lý hoạt động của photodiot: Khi chiếu sáng lên bề mặt diode bán dẫn bằng bức xạ có bớc sóng nhỏ hơn bớc sóng ng-ỡng < sẽ xuất hiện thêm các cặp điện tử - lỗ trống Để các hạt này có thể tham gia vào độ dẫn và làm tăng dòng điện I, cần phải ngăn cản quá trình tái hợp của chúng tức là phải nhanh chóngtách cặp điện tử - lỗ trống dới tác dụng của điện trờng Điều này chỉ có thể xảy ra trong vùng nghèo và sự chuyển dời của các điện

điều đó ánh sáng phải đạt tới vùng nghèo sau khi đã đi qua bề dày của chất bán dẫn và tiêu hao năng lợng không nhiều Càng đi sâu vào chất bán dẫn quang thông càng giảm Diode thực tế có lớp bán dẫn rất mỏng để sử dụng ánh sáng hữu hiệu, đồng thời vùng nghèo cũng phải đủ rộng để sự hấp thụ ở đó là cực đại Photodiot hoạt động theo hai chế độ quang dẫn và quang thế.

photodiode ở chế độ quang dẫn với dòng điện ngợc = + Trong đó là dòng điện ngợc trong tối, là dòng quang điện khi có quang thông chiếu qua bề dày X Dòng đóng vai trò dòng bazơ, nó gây nên dòng colectơ =( +1) là hệ số

khuếch đại dòng khi emitơ nối chung Có thể coi phototranzito

nh tổ hợp của một photodiot và một tranzito photodiot cung cấp dòng quang điện tại bazơ, còn tranzito cho hiệu ứng khuếch đại Các điện tử và lỗ trống phát sinh trong vùng bazơ dới tác dụng của ánh sáng sẽ bị phân chia dới tác dụng của điện trờng trên chuyển tiếp B-C

Trong kỹ thuật cảm biến quang điện thờng đợc sử dụng nh một khoá chuyển mạch đóng cắt mạch điện khi có mặt hoặc không

có mặt đối tợng cần phát hiện

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

1.3 Phơng pháp phát hiện vật thể bằng nhận dạng

hình ảnh

Các cơ thể sống đợc thiên nhiên ban tặng cơ quan thị giác vô cùng tinh tế Muông thú, các loài chim và côn trùng có cặp mắt rất tinh tế để kiếm mồi Việc nhận dạng dựa trên rất nhiều yếu

tố nh hình dáng, kích thớc, màu sắc hay những đặc điểm có tính chất đặc trng Ngày nay chúng ta đã có thể chế tạo ra

những hệ thống nhận dạng nhân tạo tuy nhiên cha thể so sánh

đ-ợc thị giác và khả năng xử lý của bộ não con ngời Trong mục này sẽgiới thiệu hệ thống nhận dạng hình ảnh bằng phơng tiện camera thông dụng phối hợp với kỹ thuật phân tích, nhận dạng hình ảnh nhằm tạo nên hệ thống cảm biến hình ảnh dễ sử dụng cho quá trình phát hiện vật thể

sáng bị phản xạ, một phần bề mặt bị hấp thụ hoặc truyền dẫn vào vật.

Tỷ lệ các bớc sóng ánh sáng phản xạ phụ thuộc vào góc tới,

đặc tính lý hoá của bề mặt và sự phân cực ánh sáng Do vậy phân bố phổ ánh sáng phản xạ cho ta thông tin về đặc tính lý hoá của bề mặt Đơng nhiên đối mắt ngời chỉ cảm nhận đợc bớc sóng nằm trong khoảng 380 nm đến 780 nm Có nhiều kỹ thuật khác nhau để khai thác thông tin của tín hiệu phản xạ:

- Kỹ thuật phân tích phổ dùng máy phân tích phổ để

đánh giá tính chất của bề mặt chiếu sáng

- Kỹ thuật phổ ảnh quan tâm đến đặc tính hoá học của từng miền ánh sáng xuyên qua

Hệ thống cảm nhận hình ảnh bao gồm: camera, nguốn sángchiếu sáng đối tợng, máy tính đợc tích hợp phần mềm thông minh

và kết nối với các thành phần khác của hệ thống

Đối tợng quan sát đợc chiếu sáng và tụ tiêu vào camera và truyền đến máy tính Camera thu loại thông dụng cảm nhận tín hiệu ba màu cơ bản: R (Red- màu đỏ, bớc sóng 700nm), G (Green-màu xanh lá cây, bớc sóng 546nm) và B (Blue- màu xanh da trời, bớc sóng 436nm)

Một số camera sử dụng bộ lọc màu để phân tích các màu

R, B, G rồi mới đa vào máy tính xử lý Tính ổn định của là đặc tính quan trọng của camera Độ nhạy và đáp ứng phổ của silicon thay đổi theo nhiệt độ nên vị trí đặt camera cần có điều hoà nhiệt độ

Nguồn sáng sử dụng là ánh sáng mặt trời, nếu trong môi ờng không có ánh sáng mặt trời thì dùng đèn sợi đốt với diện tích hẹp và đèn huỳnh quang cho vùng chiếu sáng rộng

tr-Máy tính sau khi nhận đợc tín hiệu hình ảnh từ camera sẽ phân tích và nhận dạng hình ảnh bằng phần mềm Ngày nay với

sự phát triển của trí tuệ nhân tạo và mạng nơron thì hệ thống nhận dạng hình ảnh càng chính xác, đáp ứng nhanh hơn Tuy nhiên phơng pháp phát hiện vật thể bằng nhận dạng hình ảnh không đợc sử dụng nhiều trong thực tiễn do thiếu sự tin cậy, phức tạp và chi phí cao.

1.4 Cảm biến tiếp cận

Cảm biến tiếp cận đợc sử dụng để sự có mặt hoặc không

có mặt của đối tợng bằng kỹ thuật cảm biến không có tiếp xúc cơ học Các cảm biến tiếp cạn sử dụng nguyên lý thay đổi điện cảm hay thay đổi điện dung của phần tử mạch điện khi có mặt hoặc không có mặt đối tợng, có cấu trúc tơng đối đơn giản, không đòi hỏi tiếp xúc cơ học nhng tầm hoạt động hạn chế với khỏng cách tối đa 100 nm Các kỹ thuật tiếp cận dựa trên nguyên

lý vi sóng và quang học có tầm hoạt động lớn và đợc sử dụng rộng rãi trong thực tế

1.4.1 Cảm biến tiếp cận điện cảm

Một bộ cảm biến tiếp cận điện cảm gồm bốn khối chính: cuộn dây và lõi ferit, mạch dao động, mạch phát hiện, mạch đầu ra

Mạch dao động phát dao động điện từ công suất radio Từ trờng biến thiên tập trung từ lõi sắt sẽ móc vòng với đối tợng kim loại đặt đối diện với nó Khi đối tợng lại gần sẽ có dòng điện

Foucault cảm ứng trên mặt đối tợng tạo nên một tải làm giảm biên

độ tín hiệu dao động Bộ phát hiện sẽ sự thay đổi trạng thái biên

độ mạch dao động Khi mục tiêu rời khỏi trờng của bộ cảm biến, biên độ mạch dao động tăng lên trên giá trị ngỡng và bộ phát hiện trở về vị trí bình thờng Phạm vi của cảm biến tiếp cận điện cảm liên quan đến khoảng cách giữa bề mặt cảm biến và đối t-ợng, liên quan đến hình dáng của lõi và dây quấn

1.4.2 Cảm biến tiếp cận điện dung

Trong cảm biến tiếp cận điện dung, sự có mặt của đối ợng làm thay đối điện dung C của các bản cực Cảm biến tiếp cận

t-điện dung cũng gồm bốn bộ phận chính là cuộn dây và lõi ferit, mạch dao động, mạch phát hiện, mạch đầu ra

Tuy nhiên cảm biến tiếp cận điện dung không đòi hỏi đối ợng là kim loại Đối tợng phát hiện có thể là chất lỏng, vật liệu phi kim loại; thuỷ tinh, nhựa Tốc độ chuyển mạch tơng đối nhanh, cóthể phát hiện đối tợng có kích thớc nhỏ, phạm vi cảm nhận lớn

t-Hạn chế yếu của cảm biến điện dung là chịu ảnh hởng của

độ ẩm và bụi Cảm biến tiếp cận điện dung có vùng cảm nhận lớnhơn vùng cảm nhận của cảm biến tiếp cận điện cảm Để có thể

bù ảnh hởng của môi trờng và đối tợng, cảm biến tiếp cận điện dung thờng có một chiết áp điều chỉnh

1.4.3 Cảm biến tiếp cận quang học

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

a Cảm biến đặt đối diện với nguồn phát

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

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

b Cảm biến đặt cùng phía với nguồn phát sáng

Trong cánh bố tris này, ánh sáng đập vào mặt phản xạ trở

về mặt cảm biến.Vì hành trình của tia sáng theo cả hai chiều

đi và về nên cự ly cảm nhận thấp hơn so với phơng pháp đặt đốidiện, nhng không cần dây nối qua khu vực cảm nhận Hạn chế chính của cách bố trí này là nguồn sáng khác chiếu vào mặt phản xạ có thể gây tác động sai

Cảm biƠn

+

Đối t ợng

Cảm biƠn

Nguồn

phản xạVật

thể

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

Nguồn sáng và bộ cảm biến đặt cùng phía nhng ở đây đốitợng đóng vai trò gơng phản chiếu Trong trờng hợp này đối tợng

1.5 Cảm biến hồng ngoại

Hồng ngoại có bản chất là sóng điện từ nằm ngoài vùng ánh sáng nhìn thấy, có bớc sóng lớn hơn bớc sáng của tia đỏ ( > 760 m) Sóng hồng ngoại đợc tạo ra dễ dàng bằng cách tạo dao động cho diode phát hồng ngoại chuyên dụng Do đó hồng ngoại đợc ứngdụng trong nhiều lĩnh vực Tia hồng ngoại với bản chất sóng điện

từ nên có thể phản xạ khi gặp bề mặt vật thể Ta có thể ứng dụng đặc điểm này để phát hiện vật thể Trong mạch phát hiện

Nguồn

thể

vật thể hoạt động trên nguyên lý thu phát hồng ngoại ta bố trí các diode phát và sensor thu hồng ngoại thành từng cặp theo một số cách sau:

a Bố trí cạnh nhau:

Trong cách bố trí này tia hồng ngoại từ diode phát khi gặp

bề mặt vật cản sẽ phản xạ ngợc trở lại Do sensor thu đợc đặt cạnhdiode phát nên sẽ thu đợc tín hiệu phản xạ này

b Bố trí đối diện :

ở cách bố trí này, khi không có vật chắn tia hồng ngoại từ diode phát luôn tới đợc sensor thu, khi có vật chắn tia hồng ngoại sẽkhông đi thẳng mà phản xạ trở lại do đó không tới đợc sensor thu Ngoài ra hồng ngoại còn đợc sử dụng để truyền tin không dây do có khả năng chống nhiễu tốt hơn ánh sáng thông thờng do

đó có thể mang thông tin mã hóa Thiết bị thu phát hồng ngoại lại khá đơn giản, gọn nhẹ, giá thành rẻ Với những u điểm trên hồng ngoại đợc lựa chọn nh một giải pháp tối u trong việc thiết kế mạch phát hiện vật thể cho cửa tự động

II: giới thiệu về encorder

2.1 Khái niệm:

Nhiệm vụ của Encoder là đo lờng dịch chuyển thẳng hoặc góc

đồng thời chuyển đổi góc hoặc vị trí thẳng thành tín hiệu nhịphân và nhờ tín hiệu này có thể xác định đợc vị trí trục hoặc của một cơ cấu chuyển động bất kì Tín hiệu ra của Encoder cho dới dạng số Encoder đợc sử dụng chủ yếu trong các máy CNC

và robot dùng làm phần tử chuyển đổi tín hiệu phản hồi

Hình 2.1 Encoder kiểu quay

Tùy thuộc vào chuyển động của Encoder mà ta có hai kiểu

Encoder thẳng và Encoder quay Nguyên lý hoạt động hoàn toàn giống nhau nhng Encoder thẳng có điểm khác cơ bản với Encoderkiểu quay là chiều dài của Encoder thẳng phải bằng tổng chuyển

động tơng ứng có nghĩa là chiều dài cần đo phải bằng chiều dàithớc Encoder quay chỉ là một đĩa nhỏ và kích thớc của của

Encoder không phụ thuộc vào khoảng cách đo, do đó kích thớc của nó nhỏ gọn hơn so với loại thẳng Encoder quay có thể dùng

để đo cả hai thông số dịch chuyển và tốc độ

Trong máy công cụ điều khiển số, chuyển động của bàn máy

đợc dẫn động từ một động cơ(động cơ bớc, động cơ xoay chiềuhoặc động cơ một chiều) qua vít me, đai ốc bi tới bàn máy Có thể xác định nhờ Encoder lắp trong cụm truyền dẫn

2.2 Các loại Encoder:

Encoder đợc chia làm hai loại

2.2.1 Encoder tuyệt đối

Encoder tuyệt đối kết cấu gồm các phần sau: nguồn sáng,

đĩa mã hóa và các phodetetor

Đĩa mã hóa đợc chế tạo từ vật liệu trong suốt Mặt đĩa đợc chia thành các góc đều nhau và các đờng tròn đồng tâm và bán kính giới hạn các góc hình thành các phân tố diện tích Tập hợp các phân tố diện tích cùng giới hạn bởi hai vòng tròn đồng tâm gọi là giải băng Số giả băng trên đĩa tùy thuộc vào khả năng công nghệ Công nghệ ngày nay cho phép chia đĩa mã hóa lớn nhất là dải Trên các dải băng, các diện tích phân tố có phân tố để trongsuốt(ánh sáng có thể xuyên qua đợc) và cũng có phân tố đợc phủ một lớp mà ánh sáng không thể xuyên qua đợc Sự trong suốt và không trong suốt đặc trng tính của các phân tố

Hình 2.2 Đĩa quang

Nguyên lý hoạt động của Encoder tuyệt đối: Đĩa mã hóa đợc lắp trên trục, đối diện qua đĩa mã hóa phía bên trái ta bố trí nguồn sáng( đèn LED), phía bên kia của đĩa bố trí các

photosensor, khuếch đại và các trigger Smiths Tơng ứng với mỗi dải băng ta lắp nguồn sáng Nguồn sáng và các photosensor đợc lắp cố định Khi ánh sáng từ nguồn sáng chiếu tới đĩa mã hóa,

sáng xuyên qua đĩa tới photosensor làm xuất hiện dòng chạy qua photosensor bị phủ lớp chắn sáng, ánh sáng không tới đợc

photosensor và trong photosensor không có dòng điện chạy qua.Dòng ra của photosensor nhỏ, vì vậy ta đa ra bộ khuếch đại, khuếch đại đủ lớn để đa đến tầng tiếp theo Do quá trình quay đĩa mã hóa, cờng độ ánh sáng tăng từ nhỏ đến cực đại( tiasáng xuyên qua hoàn toàn) và tiếp theo giảm dần đến khi tia sáng bị chặn bởi dòng trong photosensor bằng không Vì vậy

để có xung ra là xung vuông ta cho tín hiệu qua mạch sửa dạng xung trigger Smiths

Gọi số góc trên đĩa là S và số dải là a, quan hệ giữa số góc

và số giải biểu diễn theo công thức là

S = 2a Trong đó a là số dơng tuyệt

đối

2.2.2 Encoder gia số:

Encoder đợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp Encorder gia

số có hai kiểu kiểu thẳng và kiểu quay

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

Đĩa phát xung đợc làm bằng vật liệu trong suốt, trên có mộ hoặc hai dải băng( dải băng là tập hợp các vạch sáng tối có chiều dầy giống nhau) Một trong hai dải băng trên đĩa làm nhiệm vụ phát xung, dải băng còn lại để xác định góc không quy chiếu

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

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

Hình 2.3: Encoder gia số kiểu quay

Tơng ứng với năm rãnh cố định lắp năm photosensor,

photosensor cũng đợc lắp cố định với Encoder

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

b Encoder gia số kiểu thẳng:

Encoder gia số kiểu thẳng cũng có những thành phần cơ bản

nh Encoder gia số kiểu quay nhng chỉ khác thớc động là thớc thẳng Nguyên lý hoạt động của nó hoàn toàn giống Encoder gia số kiểu quay

- Giải đo chỉ giới hạn đặc tính của bộ đếm

- Tốc độ có thể chọn ở bất kì điểm nào

Nhợc điểm

- Không đo đợc vị trí tuyệt đối do sự thay đổi gia số

- Rất nhạy cảm với các tín hiệu bên ngoài

- Ngắt nguồn điện sẽ làm mất gốc ), muốn đo đợc phải xác

định lại

c Encoder xung:

2.1.Khái niệm chung:

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

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

Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC đáp ứng đợc hầu hếtcác yêu cầu và nh là yếu tố chính trong việc nâng cao hơn nữahiệu quả sản xuất trong công nghiệp Trớc đây thì việc tự độnghoá chỉ đợc áp dụng trong sản xuất hàng loạt năng xuất cao Hiệnnay cần thiết phải tự động hoá cả trong sản xuất nhiều loại khácnhau để nâng cao năng suất và chất lợng

2.2.Những đặc điểm chung của PLC:

Từ những đặc điểm của PLC ta thấy vai trò của nó rất quantrọng trong ngành tự động hoá nói riêng và ngành công nghiệp nóichung.

Trong một hệ thống điều khiển tự động, PLC đợc xem nh làmột bộ não của hệ thống điều khiển với một chơng trình ứngdụng đã đợc lu ở bên trong bộ nhớ của PLC, PLC luôn kiểm tra trạngthái của hệ thống bao gồm: Kiểm tra tín hiệu phản hồi từ thiết bịnhập đựa vào chơng trình logic để xử lý tín hiệu và mangthiết bị điều khiển ra các thiết bị xuất

PCL có đầy đủ các chức năng nh: Bộ đếm, bộ định thời, cácthanh ghi, bộ cộng, bộ trừ, bộ so sánh và các tập lệnh cho phépthực hiện các tín hiệu theo yêu cầu điều khiển từ đơn giản đếnphức tạp khác nhau Hoạt động của PLC hoàn toàn phụ thuộc vàochơng trình nằm trong bộ nhớ, nó luôn câp nhật tín hiệu ngõ vào

xử lý tín hiệu để điều khiển ngõ ra

Hình thức giao diện cơ bản giữa PLC và các thiết bị nhập là:nút ấn, cầu dao Ngoài ra PLC còn nhận đợc tín hiệu từ các thiết

bị nhận dạng tự động nh: Công tắc trạng thái, cảm biến quang

điện Các loại tín hiệu nhập đến PLC phải là trạng thái LogicON/OFF hoặc tín hiệu Analog Những tín hiệu ngõ vào này đợcgiao tiếp với PCL qua các Modul nhập

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

có thể điều khiển một hệ thống từ đơn giản đến phức tạp

Tuy nhiên các thiết bị xuất khác nh là: Đèn, còi và các báo động

sự cố chỉ cho biết các mục đích nh: Báo cho chúng ta biết giaodiện tín hiệu ngõ vào , các thiết bị ngõ ra đựoc giao tiếp với PLCqua miền rộng của Modul ngõ ra PLC

rãi và trở nên thông dụng để đáp ứng nhu cầu ngày càng đa dạng Các nhà sản xuất đa ra thị trờng hàng loạt các loại PLC khác nhauvới nhiều mức độ thực hiện chơng trình đủ để đáp ứng nhu cầucủa ngời sử dụng Vì vậy để đánh giá một PLC ngời ta đa vào haitiêu chuẩn nh sau:

- Dung lợng bộ nhớ

- Số tiếp điểm vào/ra của PLC

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

- Bộ nhớ địa chỉ(ROM) cung cấp dung lợng lu trữ cho hệ điềuhành và dữ liệu cố định đợc CPU sử dụng.

- Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên(RAM) dành cho dữ liệu Đây là nơi

lu trữ thông tin theo trạng thái của các thiết bị nhập xuất Đặc

điểm nội dung có thể đọc, ghi , xóa, khi mất điện thông tin

sẽ bị mất

- Bộ nhớ nửa cố định:

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

+ EEFROM là loại có thể xóa và ghi bằng tín hiệu điện với cácmức điện áp thông thờng, ngòai ra EEFROM còn có thể xóa từng

ô nhớ xác định mà không cần nhấc ra khỏi mạch ứng dụng

- Bus ®iÒu khiÓn

IV: Giới thiệu về động cơ một chiều

3.1 Cấu tạo của động cơ điện một chiều:

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

a Cực từ chính:

Cực từ chính là bộ phận sinh ra từ trờng gồm có lõi sắt, cực từ

và dây cuốn kích từ ngoài lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ đựơc làmbằng lá thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày từ 0.5 đến 1mm

ép lại và tán chặt , cũng có thể dùng thép khối Cực từ đợc dán chặt vào vỏ máy nhờ các bu lông Dây cuốn kích từ đựơc cuốn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều đựơc bọc thành một khối và tẩm sơn cách điện trứoc khi đặt lên các cực

từ Cuộn kích từ đặt lên các cực từ đựơc nối tiếp với nhau

b Cực từ phụ:

Đựơc đặt xem kẽ với cực từ chính, xung quanh các cực từ phụ

có dây quấn cực từ phụ Dây quấn cực từ phụ đấu nối tiếp với dây quấn roto, nhiệm vụ của cực từ phụ là triệt tiêu từ thông phấnứng( từ trừong do dòng roto sinh ra) Trên vùng trung tính hình học để hạn chế xuất hiện của tia lửa điện trên chổi than và cổ góp

c Vỏ máy( gông từ):

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

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

đúc

3.1.2 Phần quay:

a Lõi sắt phần ứng:

Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ Thờng dùng những tấm thép

kỹ thuật điện( thép hợp kim silic) dày 0.5 mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm hao tổn do dòng điện

lại thì đặt dây cuốn vào.

b Dây cuốn phần ứng:

Dây cuốn phần ứng là phần sinh ra suất điện động và có dòng

điện chạy qua Dây cuốn phần ứng thờng đợc làm bằng dây

đồng có bọc cách điện Trong động cơ nhỏ thờng dùng dây có tiết diện tròn, còn với động cơ vừa và lớn thờng dùng dây có tiết diện chữ nhật Dây cuốn đợc cách điện cẩn thận với lõi thép

c Cổ góp:

Cổ góp (còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều) dùng để

đổi chiều của dòng điện xoay chiều thành một chiều

3.2 Phân loại động cơ điện một chiều

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

- Động cơ điện một chiều kích từ độc lập (hình 3.1)

Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch phần ứng và mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lậpvới nhau, lúc này động cơ đợc gọi là động cơ kích từ độc lập

Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý nối dây động cơ điện một chiều

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

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

kích từ song song

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

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

Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý dây động cơ điện một chiều kích