tìm hiểu chung về công nghệ điều khiển cửa tự động

®¹i häc b¸ch khoa hµ néi phÇn I §å ¸n tèt nghiÖp 1 đại học bách khoa hà nội Chơng I :Tìm hiểu chung về công nghệ điều 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 Đồ án tốt nghiệp 2 đại học bách khoa hà nội 1.2. Cửa kéo: Hình 1.2. Cửa kéo Loại cửa này nhìn rất lạ, với kết cấu đơn giản một động cơ đợc gắn cố định với trần nhà. Cửa đợc động cơ kéo bằng một đoạn dây. Ưu điểm của loại này là đơn giản nhng hiệu quả, so với loại 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 đủ chắc 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. Ca trt Hình 1.3. Cửa trựơt Đồ án tốt nghiệp 3 đại học bách khoa hà nội 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 ngời, 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. KHO ST CC LOI CA T NG H NI 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 lại yêu 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. Đồ án tốt nghiệp 4 đại học bách khoa hà nội 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 Đồ án tốt nghiệp 5 đại học bách khoa hà nội Hình 1.4. Cửa tự động tại sân bay Nội Bài 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 .Tất cả 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 thớc cửa Cao: 2.5m Rộng: 3m Độ rộng cửa khi mở hoàn toàn: 1.5m Cuối hành trình mở có đặt một công tắc hành trình để bảo 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 khó chịu 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.Gần hết 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. Đồ án tốt nghiệp 6 đại học bách khoa hà nội 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 hệ thống 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 thời cho ngời đi tới. Đến gần cuối hành trình cửa giảm xuống vận tốc V3 và dừng lại chính xác để tránh việc va đập gây ồn và hỏng cửa - Trong hành trình đóng cửa cũng đóng với hai cấp tốc độ, cấp thứ nhất là cửa đóng nhanh với vận tốc V2 nhng phải đảm bảo V2 nhỏ hơn V1 để tránh gây cảm giác ghê sợ cho ngời đang đi tới. Và gần cuối hành trình đóng cửa cũng giảm xuống vận tốc V3 và dừng lại chính xác. Đồ án tốt nghiệp 7 đại học bách khoa hà nội 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 tợng. 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 thể thâm nhập vào bề mặt không kim loại nh sợi thuỷ tinh, phát 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. Đồ án tốt nghiệp 8 đại học bách khoa hà nội - 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 à 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 hiệu quả 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 các linh 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 bào quang dẫn là một trong những cảm Đồ án tốt nghiệp 9 đại học bách khoa hà nội 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 ngỡng < s 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 chóng tách 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 tử đó kéo theo sự gia tăng của các dòng điện ngợc. Để đạt đợc 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. 1.2.3 Phototranzito Phototranzito là tranzito silic loại NPN trong đó vùng bazơ có thể đợc chiếu sáng. Khi không có điện áp đặt trên bazơ chỉ có điện áp trên C, chuyển tiếp B - C phân cực ngợc. Điện áp đặt vào tập trung hầu nh toàn bộ lên chuyển tiếp B - C, trong khi đó sự chênh lệch điện thế giữa E và B không đáng kể BC V = 0.6 - 0,7 V. Khi chuyển tiếp B-C đợc chiếu sáng, sẽ hoạt động giống photodiode ở chế độ quang dẫn với dòng điện ngợc r I = o I + P I . Trong đó o I là dòng điện ngợc trong tối, P I là dòng quang điện khi có quang thông chiếu qua bề dày X. Dòng r I đóng vai trò dòng bazơ, nó gây nên dòng colectơ C I =( +1) r I . 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. Đồ án tốt nghiệp 10 [...]... khiển theo mạch kín (ta có hệ truyền động điều chỉnh tự động) và loại điều khiển mạch hở (hệ truyền động điều khiển hở) Hệ điều chỉnh tự động truyền động cơ điện có cấu trúc phức tạp Nhng có chất lợng điều chỉnh cao và giải điều chỉnh rộng hơn so với hệ truyền động hở Ngoài ra các hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều còn đợc phân loại theo truyền động có đảo chiều quay và không đảo... truyền động máy phát -động cơ (F-Đ) - Hệ truyền động máy điện khuếch đại - động cơ (MĐKĐ - Đ) 35 Đồ án tốt nghiệp đại học bách khoa hà nội - Hệ truyền động khuếch đại từ - động cơ (T - Đ) - Hệ truyền động chỉnh lu TIRISTOR - động cơ (KĐT - Đ) - Hệ truyền động xung áp - động cơ (XA - Đ) Theo cấu trúc mạch điều khiển các hệ truyền động, điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều có loại điều khiển theo mạch kín... lập trình dễ hiểu - Dễ dàng thay đổi chơng trình điều khiển bằng máy lập trình bằng máy tính cá nhân - Độ tin cậy cao,kích thớc nhỏ gọn - Bảo trì dễ dàng 2.3 Vai trò của PLC Từ những đặc điểm của PLC ta thấy vai trò của nó rất quan trọng trong ngành tự động hoá nói riêng và ngành công nghiệp nói chung Trong một hệ thống điều khiển tự động, PLC đợc xem nh là một bộ não của hệ thống điều khiển với một... độ dễ dàng mà cấu trúc mạnh lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đặt chất lợng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng Thực tế có hai phơng pháp cơ bản để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều - Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ - Điều chỉnh điện áp cấp cho cuộn kích động cơ Cấu trúc phần lực của hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bao giờ cũng cần... giảm từ thông tốc độ động cơ tăng lên (hình 3.8b) Đặc điểm: - Tốc độ bằng phẳng - Phạm vi rộng - Vùng điều chỉnh nđm < nđc - Với điều chỉnh tốc độ tổn hao ít, thực hiện trong máy kích từ thì dòng điện nhỏ, hiệu suất cao 3.6 Điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều Về phơng diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều u việt hơn so với loại động cơ khác, không những có khả năng điều chỉnh tốc độ... 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 chiều hoặc 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... nhanh chóng Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC đáp ứng đợc hầu hết các yêu cầu và nh là yếu tố chính trong việc nâng cao hơn nữa hiệu quả sản xuất trong công nghiệp Trớc đây thì việc tự động hoá chỉ đợc áp dụng trong sản xuất hàng loạt năng xuất cao Hiện nay cần thiết phải tự động hoá cả trong sản xuất nhiều loại khác nhau để nâng cao năng suất và chất lợng 2.2.Những đặc điểm chung của PLC: PLC... phần ứng động cơ ta đợc một họ đặc tính cơ song song với đờng đặc tính cơ tự nhiên nh hình 3.7 Nhận thấy rằng khi thay đổi điện áp, thực chất là giảm áp thì mômen ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch của động cơ giảm và tốc độ của động cơ cũng giảm ứng với một phụ tải nhất định Vì vậy phơng pháp này cũng đợc sử dụng để điều chình tốc độ động cơ và hạn chế dòng điện khi khởi động Đặc điểm: Tốc độ điều chỉnh... một chiều 24 Đồ án tốt nghiệp đại học bách khoa hà nội - Số - Tơng tự 2.4.4 Out put - Số lợng - Tiếp điểm - Số - Tơng tự 2.4.5.Ghép nối - Console - Máy tính - Phần mềm 2.4.6.Bus: - Bus địa chỉ - Bus dữ liệu - Bus hệ thống - Bus điều khiển 25 Đồ án tốt nghiệp đại học bách khoa hà nội 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... với điều khiển: Ưu điểm: - Đầu ra dạng xung nên trong các hệ thống điều khiển không cần có bộ chuyển đổi ADC - Dễ sử dụng Nhợc điểm: - Giá thành cao - Phải có thêm mạch giải mã và đếm 21 Đồ án tốt nghiệp đại học bách khoa hà nội III: GIớI THIệU Về PLC Và ứNG DụNG PLC 2.1.Khái niệm chung: PCL viết tắt của Programble Logic Control, là thiết bị lập trình đợc, cho phép thực hiện linh hoạt các phép toán điều . :Tìm hiểu chung về công nghệ điều 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. Công nghệ cửa tự động Qua tìm hiểu tài liệu và quan sát thực tế em thấy một hệ thống cửa tự động phải đảm bảo yêu cầu công nghệ: - Khi có tín hiệu ngời cửa