Hệ thống đóng nắp chai nước tự động

Hệ thống đóng nắp chai nước tự động

Trong thời đại ngày nay, việc tự động hoá trong quá trình sản xuất và ứng dụng mang một ý nghĩa hết sức to lớn, có thể nói ngành tự động hoá là ngành đánh giá sự phát triển công nghiệp của thế giới nói chung và một quốc gia nói riêng

Sự tự động hoá trong sản xuất làm tăng năng suất, giảm giá thành, nâng cao chấtlượng sản phẩm và tiếp cận thâu tóm thị trường Những chỉ số đó là những mục tiêu mà các doanh nghiệp luôn muốn hướng đến và cải thiện

Vì tầm quan trọng quá to lớn như vậy nên là sinh viên chuyên ngành tự động hoá, chúng tôi càng phải trau dồi kiến thức cho mình để có nền tảng phát huy tính sáng tạo sau này phát triển đất nứơc

Chính vì thế mà sau khi tìm hiểu kĩ và cuối cùng, chúng tôi quyết định

chọn đề tài : “ HỆ THỐNG BƠM NUỚC VÀ ĐÓNG NẮP CHAI TỰ ĐỘNG” Với mô hình này sẽ cho chúng ta hình dung một khía cạnh nhỏ trong

lĩnh vực tự động hóa qua đó cũng tư duy cho chúng ta về một hệ thống lớn, một băng chuyền được điều khiển logic thông minh là như thế nào

Chúng tôi là sinh viên của trường Đại học công nghiệp Hà Nội, là chủ nhân tương lai của đất nước, chúng tôi sẽ cố gắng học hỏi, nâng cao tính sáng tạo và tư duy để không phụ lòng mong mỏi của thầy cô, của đất nước

Chúng em cũng xin chân thành gởi lời cảm ơn đến:

Thầy :Ths.Hà Văn Phương

Đã giảng dạy chúng em những kiến thức bổ ích về bộ môn đo lường cảm biếnTuy nhiên, trong khi thực hiện đề tài vẫn không tránh khỏi thiếu sót vì những nguyên nhân khách quan nên mong quý thầy cô bỏ qua và đóng góp ý kiến để chúng em hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn !

thực hiện đề tài:

1,LƯƠNG ĐỨC LỢI

Đê bài số 8: Phân tich và xây dựng hệ thống đóng chai nước tự động

I,PHÂN TÍCH CÔNG NGHỆ

Hệ thống bao gồm :

-Khâu xúc rửa và sấy khô chai

-Khâu chiết rót, bơm nước vào bình chai

-Khâu đóng nắp chai

-khâu co màng, đóng gói sản phẩm

1,các chức năng chính của hệ thống

- Hệ thống kết hợp 3 chức năng trong một máy : xúc rửa, chiết rót và đóng nắp

- Hệ thống sử dụng mạch điều khiển PLC điều khiển xuyên suốt hệ thống, đồng thời sử dụng các linh kiện chọn lọc, đạt chuẩn CE, như của Omron, LS…, khả năng hoạt động ổn định với tần suất làm việc cao

- Vòi nước : được thiết kế linh hoạt, có thể thay đổi theo chiều cao của bình

- Dung tích chiết rót : có thể thay đổi theo dung tích của bình chứa

- Hệ thống lọc khí, nén khí trong quá trình sấy khô và đóng nắp bình

1 Hệ thống tiêu chuẩn: hệ thống được trang bị:

o Mạch điều khiển trung tâm PLC của Panasonic: điều khiển xuyên suốt hệ thống xúc rửa, chiết rót, đóng nắp Bảng mạch hiển thị trạng thái hoạt động của hệt hống trên các đèn led

(màu xanh) Khi có sự cố xảy ra, hệ thống ngắt điện hoàn toàn tự động, tín hiệu

âm thanh bíp bíp sẽ được phát ra

o Khung sườn : được làm bằng plastic trong suốt giúp người sử dụng dễ dàng quan sát hệthống trong quá trình vận hành

o Ống dẫn nước: bằng nhựa PVC

o 2 chế độ hoạt động auto / manual: giúp người sử dụng có thể kiểm tra hoạt động của các chức năng

2 Hệ thống cao cấp: hệ thống được trang bị

o Mạch điều khiển trung tâm PLC của Panasonic: điều khiển xuyên suốt hệ thống xúc rửa, chiết rót, đóng nắp Bảng mạch hiển thị trạng thái hoạt động của

hệ thống trên các đèn led

(màu xanh) Khi có sự cố xảy ra, hệ thống ngắt điện hoàn toàn tự động, tín hiệu

âm thanh bíp bíp sẽ được phát ra Ngoài ra chương trình trong PLC này nhiều chức năng hơn hệ thống tiêu chuẩn

o Khung sườn : được làm bằng thép không gỉ và các ô cửa sổ nhỏ mica trong suốt giúp người sử dụng dễ dàng quan sát hệ thống trong quá trình vận hành

o Ống dẫn nước: bằng nhựa thép không gỉ

o Mạch đếm số bình thành phẩm: đếm số bình thành phẩm đã sản xuất hoặc

người sử dụng có thể lập trình số bình mong muốn

o Các vòi chiết rót : được bọc cẩn thận tránh ăn mòn gỉ sét

o 2 chế độ hoạt động auto / manual: giúp người sử dụng có thể kiểm tra hoạt

động của các chức năng

2.Nguyên lý hoạt động

Hệ thống hoạt động theo các bước sau đây:

- Vỏ bình được đặt úp trên hệ thống xúc rửa chiết rót và đóng nắp (gọi tắt là

RFC)

- Nguồn nước tinh khiết từ bồn chứa được nối vào hệ thống RFC

- Các cánh tay đòn sẽ tự động đưa bình vào hệ thống xúc rửa Tùy theo model

của máy mà có các công đoạn xúc rửa khác nhau (rửa bằng nước tinh khiết)

oHệ thống tiêu chuẩn : 2 công đoạn xúc rửa bên trong bình

oHệ thống cao cấp : 1 công đoạn xúc rửa bên ngoài và 2 công đoạn xúc rửa bên

trong

- Sau khi rửa và được sấy khô, bình sẽ được cánh tay đòn lật ngược trở lại và

đưa vào vị trí chiết rót, bơm nước sẽ tự động chiết rót vào bình (Lưu ý : thể tích

nước có thể điều chỉnh được)

- Khi bình chứa đã đầy nước, sẽ được chuyển sang vị trí đóng nắp Nắp bình

chứa được lấp đầy trong ống chứa (30 nắp) và được đưa vào ngay đầu bình

chứa

- Một máy nén hơi được nối với búa dập trong hệ thống để dập nắp chặt

- Sau đó bình chứa được chuyển trên băng tải ra ngoài

- Bình chứa được tiếp tục chuyển đến máy bao màng co bằng (nếu có)

II.XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG,CÁC THIẾT BỊ

Chiết rót nước vào chai

Đóng và vặn nắp chai

Co màng và đóng gói phẩm

2,các thiết bị và chức năng

1/ Động cơ DC:

Động cơ DC là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều Động cơđiện một chiều ứng dụng rộng rãi trong các ứng dụng dân dụng cũng như côngnghiệp Thông thường động cơ điện một chiều chỉ chạy ở một tốc độ duy nhấtkhi nối với nguồn điện, tuy nhiên vẫn có thể điều khiển tốc độ và chiều quay củađộng cơ với sự hỗ trợ của các mạch điện tử cùng phương pháp PWM

Động cơ điện một chiều trong dân dụng thường là các dạng động cơ hoạtđộng với điện áp thấp, dùng với những tải nhỏ Trong công nghiệp, động cơ điệnmột chiều được sử dụng ở những nơi yêu cầu moment mở máy lớn hoặc yêu cầuthay đổi tốc độ trong phạm vi rộng ở đây ta chỉ nghiên cứu động cơ DC trongdân dụng chỉ hoạt động với điện áp 24V trở xuống

Hình 1.1 Một số loại động cơ trên thực tế

1.1 Cấu tạo:

Một động cơ DC có 6 phần cơ bản:

− Phần ứng hay Rotor (Armature)

− Nam châm tạo từ trường hay Stator (field magnet)

− Cổ góp (Commutat)

− Chổi than (Brushes)

− Trục motor (Axle)

− Bộ phận cung cấp dòng điện DC.

Stator bao gồm vỏ máy, cực từ chính, cực từ phụ, dây quấn phần cảm (dâyquấn kích thích) Số lượng cực từ chính ảnh hưởng tới tốc độ quay Đối vớiđộng cơ công suất nhỏ, người ta có thể kích từ bằng nam châm vĩnh cửu

Hình 1.2: Cấu tạo động cơ điện một chiều

Rotor ( còn gọi là phần ứng ) gồm các lá thép kỹ thuật điện ghép lại córãnh để đặt các phần tử của dây quấn phần ứng Điện áp một chiều được đưa vàophần ứng qua hệ thống chổi than – vành góp

Chức năng của chổi than – vành góp là để đưa điện áp một chiều và đổichiều dòng điện trong cuộn dây phần ứng Số lượng chổi than bằng số lượng cực

từ (một nửa có cực từ âm, một nửa có cực từ dương)

Phương trình cơ bản của động cơ 1 chiều:

E = K Φ W (1)

V = E + Ru.Iu (2)

M = K Φ Iu (3)Với:

− E: sức điện động cảm ứng (V)

− Φ: Từ thông trên mỗi cực( Wb)

− Iu: dòng điện phần ứng (A).

Hình 1.3: Nguyên lý hoạt động của động cơ DC

1.3 Điều khiển tốc độ động cơ DC:

Thông thường, tốc độ quay của một động cơ điện một chiều tỷ lệ với điện

áp đặt vào nó, và ngẫu lực quay tỷ lệ với dòng điện Có nhiều phương pháp để

thay đổi tốc độ động cơ DC, ở đây ta sử dụng phương pháp điều khiển thôngdụng nhất là kiểu điều biến độ rộng xung (PWM), có nghĩa là ta cấp áp cho động

cơ dưới dạng xung với tần số không đổi mà chỉ thay đổi Ton và Toff

Từ (1),(2) (3) suy ra:

W = V/(K.Φ) – Ru.Iu/(K.Φ) (4)

Theo (4) : khi Iu không đổi (tức Moment không đổi) và Φ không đổi thì

W thay đổi "tuyến tính" theo V (thực tế thì không hoàn toàn tuyến tính theođường thẳng được)

Hình 1.4: Điều khiển động cơ bằng PWM.

Khi tỷ lệ thời gian "on" trên thời gian "off" thay đổi sẽ làm thay đổi điện

áp trung bình (VAV) Tỷ lệ phần trăm thời gian "on" trong một chu kỳ chuyểnmạch nhân với điện áp cấp nguồn sẽ cho điện áp trung bình đặt vào động cơ.Như vậy với điện áp nguồn cung cấp là 100V, và tỷ lệ thời gian ON là 25% thìđiện áp trung bình là 25V VAV thay đổi từ VL đến VH tùy theo các độ rộng Ton và

Toff

Như vậy, tốc độ động cơ sẽ thay đổi "tuyến tính" theo % độ rộng xung

2 Băng tải:

2.1 Cách lắp đặt vận hành băng chuyền tải:

- Đặt hệ thống băng tải vào đúng vị trí cần lắp đặt.

- Dùng thước thủy để căn theo chiều ngang dây tải.

- Siết chặt các buloong nền và buloong chân.

- Điều chỉnh sơ bộ các bass căng dây ở vị trí căng dây tương đối.

- Khởi động động cơ băng tải chạy thử.

- Điều chỉnh cho dây băng tải cân chính giữa.

- Siết ốc kỹ, tỳ ren điều chỉnh lại đúng vị trí.

- Cho hệ thống chạy trong 1 giờ rồi kiểm tra, nếu thấy dây bị sàng thì điều chỉnh lại.

2.2 Nguyên tắc kiểm tra băng tải tốt xấu:

- Băng tải đen bóng, cứng mềm không quan trọng.

- Cắt một băng vải nhỏ dài chừng 5cm, kéo dãn đến khi đứt, băng càng tốt kéo dãn càng nhiều.

- Ngửi băng tải thấy có mùi thơm, nếu băng tải có mùi thơm khó chịu thì bỏ ngay.

- Lấy mũi nhọn đâm thử, băng tải mà kém thì thủng ngay một lỗ, loại tốt thì khó thủng và có đàn hồi.

- Băng tốt thì bề mặt ít lồi lõm và không bị vá, sữa chữa.

- Đừng tin vào những chữ in trên mặt băng tải.

2.3 Các loại băng tải:

• Đặc điểm

− Cường lực chịu tải lớn: chịu lực gấp 5 lần sợi Cotton.

− Chịu lực va đập lớn: sợi Nylon là loại sợi tổng hợp chịu sự va đập rất tốt nên các tác động ngoại lực hầu như không ảnh hưởng đến chất lượng bố.

− Chịu axit, chịu nước và một số loại hóa chất khác.

− Chống được lão hóa do gấp khúc, uốn lượn nhiều trong sử dụng.

− Tăng cường sự bám dính giữa sợi và cao su, đồng thời giảm thiểu việc tách tầng giữa các lớp bố.

− Rất bền nếu phải hoạt động trong môi trường nhiệt độ thấp.

− Độ dai cực lớn,nhẹ và làm tăng lên sức kéo của motor dẫn đến giảm tiêu thụ điện.

− Băng tải bố NN chiếm từ 60-70% trên thị trường hiện nay do tính kinh tế

và nhẹ của nó.

2.3.2 Băng tải con lăng

Hình 2: Băng tải con lăng

− Băng tải có thể nâng lên hạ xuống để làm đổi hướng vận chuyển.

− Lớp cáp thép sẽ được liên kết với nhau bằng một phương pháp đặt biệt,

sự liên kết này giúp cho băng tải không có bất kỳ sự cố nào xảy ra trong suốt quá trình

sử dụng, cao su mặt và cao su bao phủ cáp thép được chế tạo theo những tính chất riêng.

− Ký hiệu thông thường các loại băng tải cáp thép: ST-500,ST-630,ST-800

và cao nhất tới ST-7000, độ dày có thể lên tới 50mm Băng tải cáp thép thường rất nặng như loại ST-1000, khổ 1 mét có thể lên tới 25Kg/m Vì vậy thường chỉ dài 150m/cuộn.

• Đặc điểm

− Băng tải cáp thép chủ yếu sử dụng tại các hệ thống truyền tải có chiều dài lớn trên 300m, do có thể chịu được cường lực rất cao.

Hình 3: Băng tải cáp thép

− Các sợi cáp thép được bố trí song song đều nhau theo chiều dọc băng tải

và rải đều trên toàn mặt băng tải.

− Băng tải cáp thép có tỷ lệ dãn dư cực thấp dưới 1% kể cả trong điều kiện toàn tải.

− Băng tải cáp thép có độ bền tuyệt hảo nhất trong các loại băng tải

− Toàn bộ cáp thép trước khi lưu hóa phải được xử lý tráng ngoài tạo bám dính với lớp cao su bao quanh và đây là yếu tố quang trọng nhất khi chọn băng tải Lớp cao su mặt được chế tạo đặc biệt để chống lại các lực xé rách từ mọi hướng.

− Có những băng tải thép có tuổi thọ tới 15- 20 năm trong điều kiện vận hành liên tục hiệu quả kinh tế là rất lớn.

2.3.4 Băng tải bố EP

•Cấu tạo và đặc điểm

− EP ký hiệu là băng tải có vải bố chịu lực bằng sợi tổng hợp Polyester làm sợi dọc và sợi Nylon làm sợi ngang.

− Độ dãn băng tải rất nhỏ làm cho hành trình khởi động ngắn hơn

do vậy tiết kiệm điện hơn Băng chuyền khởi động êm, đặc biệt là đối với băng chuyền có độ dài lớn.

− Chịu ẩm tốt hơn các loại bố khác, vì sợi Polyester có đặc điểm chịu ẩm, nước rất tốt do đó tuổi thọ băng kéo dài hơn đặc biệt khi gặp ẩm cao, chịu nhiệt rất tốt khi dưới 150 0 C , chịu hóa chất cực tốt.

• Ưu điểm

− Độ dãn rất thấp nhỏ hơn 4%, vì vậy bề mặt cao su không bị rạng nứt tránh được hiện tượng thẩm thấu - tác nhân gây lão hóa tới các lớp bố .

2.4 Tỷ lệ truyền của băng tải

Với :

N1 : là số vòng quay của buli băng tải.

N2: là số vòng quay của động cơ.

θ1: là đường kính của buli băng tải.

θ2: là đường kính của buli động cơ.

3 Encoder:

Encoder mục đích dùng để xác định vị trí góc của một đĩa quay, để đo tốc

độ và chiều quay của thiết bị, đĩa quay có thể là bánh xe, trục động cơ, hoặc bất

kỳ thiết bị quay nào cần xác định vị trí góc Dựa trên nguyên tắc cảm biến ánhsáng với một đĩa có khắc vạch sáng tối quay giữa nguồn sáng và phototransistor(đối với encoder quang) hoặc là hiện tượng cảm ứng điện từ (đối với encoder

từ) Ở đây ta chỉ đề cập tới encoder quang Encoder được chia làm 2 loại, làencoder tuyệt đối và encoder gia tăng Ở đây ta chỉ nghiên cứu về loại gia tăng.

Hình 1.5: Một số loại encoder trên thị trường.

3.1 Cấu tạo chính của Encoder:

Gồm 1 bộ phát ánh sáng (thường là LED), một bộ thu ánh sáng nhạy vớiánh sáng từ bộ phát ( thường là photodiotde hoặc phototransistor), 1 đĩa quangđược khoét lỗ gắn trên trục quay đặt giữa bộ phát và thu, thông thường trục quaynày sẽ được gắn với trục quay của đối tượng cần đo tốc độ hay vị trí

Hình 1.6: Cấu tạo thực tế của encoder

Hình 1.7: Cấu trúc đĩa và mắt đọc.

Một encoder thường có các dây sau:

− Dây cấp nguồn (+5V) cho encoder.

Hình 1.8: Dạng sóng ngõ ra của LED thu

Ngoài ra một số encoder còn có dây pha z, ta thu được một xung từ pha zkhi đĩa encoder quay 1 vòng

Hình 1.9: Cấu tạo đĩa quay trong encoder

3.2 Nguyên lý cơ bản:

Encoder thực chất là một đĩa tròn xoay, quay quanh trục Trên đĩa có các

lỗ (rãnh) Dùng một đèn led để chiếu lên mặt đĩa Khi đĩa quay, chỗ không có lỗ

360 0 A

B Z

(rãnh), đèn led không chiếu xuyên qua được, chỗ có lỗ (rãnh), đèn led sẽ chiếuxuyên qua Khi đó, phía mặt bên kia của đĩa, đặt một con mắt thu Với các tínhiệu có, hoặc không có ánh sáng chiếu qua, ta ghi nhận được đèn led có chiếuqua lỗ hay không Cứ mỗi lần đi qua một lỗ, chúng ta phải lập trình để thiết bị

đo đếm lên 1 Số lỗ trên đĩa sẽ quyết định độ chính xác của thiết bị đo Ví dụ có

1 lỗ tức là khi quay được 1 vòng thì bộ thu sẽ thu được 1 xung, nếu đĩa khoét N

lỗ có nghĩa 1 vòng thu được N xung Như vậy khi đo tốc độ, ta đếm số xungtrong 1 đơn vị thời gian, từ đó tính được số vòng trên 1 đơn vị thời gian (hoặc cóthể đo chu kì xung) Nếu đo tốc độ cao thì số lỗ khoét càng nhiều càng chínhxác

Hình 1.10: Quá trình đọc Encoder

4 Các phần tử khí nén:

4.1 Máy nén khí:

Máy nén khí là thiết bị tạo ra áp suất khí, ở đó năng lượng cơ học của động

cơ điện hoặc động cơ đốt trong được chuyển đổi thành năng lượng khí nén và nhiệt năng.

Phân làm 2 loại :

− Phân loại theo áp suất.

+ Máy nén khí áp suất thấp p <= 15 bar+ Máy nén khí áp suất cao p>= 15 bar+ Máy nén khí áp suất rất cao p>= 300 bar

− Phân loại theo nguyên lý hoạt động.

+ Máy nén khí theo nguyên lý trao đổi thể tích: Máy nén khí kiểupittong, máy nén khí kiểu cách gạt, máy nén khí kiểu root, máy nén khí kiểutrục vít.

+ Máy nén khí tuabin: Máy nén khi ly tâm và máy nén khí theo chiều trục

4.2 Bình trích chứa khí nén:

Khí nén sau khi ra khỏi máy nén khí và được xử lý thì cần phải có một bộ phận lưu trữ để sử dụng Bình trích chứa khí nén có nhiệm vụ cân bằng áp suất khí nén từ máy nén khí chuyển đến trích chứa, ngưng tụ và tách nước.

Kích thước bình trích chứa phụ thuộc vào công suất của máy nén khí

và công suất tiêu thụ của các thiết bị sử dụng, ngoài ra kích thước này còn phụthuộc vào phương pháp sử dụng: ví dụ sử dụng liên tục hay gián đoạn

4.3 Mạng đường ống dẫn khí nén:

Mạng đường ống dẫn khí nén là thiết bị truyền dẫn khí nén từ máy nén khí đến bình trích chứa rồi đến các phần tử trong hệ thống điều khiển và cơ cấu chấp hành.

Mạng đường ống dẫn khí nén có thể phân thành 2 loại:

* Mạng đường ống được lắp ráp cố định (mạng đường ống trong nhà máy).

* Mạng đường ống được lắp ráp di động (mạng đường ống trong dây chuyền hoặc trong máy móc thiết bị).

4.4 Van đảo chiều:

Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dòng năng lượng bằng cách đóng mở hay thay đổi vị trí các cửa van để thay đổi hướng của dòng khí nén.

Hình 1.26: Trạng thái khi OFF và ON của van đảo chiều.

* Ký hiệu của van đảo chiều

Vị trí của nòng van được ký hiệu bằng các ô vuông liền nhau với các chữ cái o,a ,b ,c ,… hay các chữ số 0, 1, 2, …

Vị trí ‘không’ là vị trí mà khi van chưa có tác động của tín hiệu bên ngoài vào Đối với van có 3 vị trí, thì vị trí ở giữa, ký hiệu ‘o’ là vị trí ‘không’ Đối với van

có 2 vị trí thì vị trí ‘không’ có thể là ‘a’ hoặc ‘b’, thông thường vị trí bên phải ‘b’ là vị trí ‘không’.

Port điều khiển (làm việc) 2, 4, 6… A, B, C

Trường hợp a là cửa xả khí không có mối nối cho ống dẫn, còn cửa xả khí có mối nối cho ống dẫn khí là trường hợp b.

Bên trong ô vuông của mỗi vị trí là các đường mũi tên biểu diễn hướngchuyển động của dòng khí nén qua van Khi dòng bị chặn thì được biểu diễnbằng dấu gạch ngang

Hình 1.27: Kí hiệu cửa xả

khí

Hình 1.28: Ký hiệu và tên gọi của van đảo chiềuHình trên là ký hiệu của van đảo chiều 5/2

Trong đó: 5 : chỉ số cửa.

2 : chỉ số vị trí.

Cách gọi tên và ký hiệu của một số van đảo chiều:

Van đảo chiều 2/2

Van đảo chiều 4/2

Van đảo chiều 5/2

10

Cửa xả khí không có mối nối cho ống dẫn

2(A)

4(B)

5(S)

1(P)

3(R)

Nối với nguồn khí nén

Cửa xả khí có mối nối cho ống dẫn

14(Z)

)

Cửa nối điều khiển Cửa 1nối với cửa 2 Cửa 1nối với cửa 4

* Tín hiệu tác động:

Tín hiệu tác động vào van đảo chiều có 4 loại là: tác động bằng tay, tác động bằng cơ học, tác động bằng khí nén và tác động bằng nam châm điện.

Tín hiệu tác động từ 2 phía ( đối với van đảo chiều không có vị trí

‘không’) hay chỉ từ 1 phía (đối với van đảo chiều có vị trí ‘không’)

Trực tiếp bằng dòng khí nén vào

Trực tiếp bằng dòng khí nén ra

Trực tiếp bằng đường khí nén vào

với 2 đầu nòng van có đường kính

khác nhauGián tiếp bằng dòng khí nén ra có

Nút nhấn có rãnh định vị

Tác động nam châm điện.

chưa có tín hiệu tác động, vị trí của các cửa nối được biểu diễn trong ô vuông phía bên phải đối với van đảo chiều 2 vị trí Còn đối với van đảo chiều 3 vị trí thì vị trí ‘không’ nằm ở giữa.

Ví dụ : Van đảo chiều 2/2 tác động bằng nam châm điện:

Van có 2 cửa P và R, 2 vị trí 0 và 1 Tại vị trí 0, cửa P và R bị chặn.Khi cuộn Y có điện, từ vị trí 0 van chuyển sang vị trí 1, cửa P nối với cửa R Khicuộn Y mất điện, do tác động của lò xo phía đối diện, van sẽ quay trở về vị tríban đầu

4.5 Van tiết lưu

Van tiết lưu có nhiệm vụ thay đổi lưu lượng dòng khí nén, có nghĩa làthay đổi tốc độ của cơ cấu chấp hành

Van tiết lưu có tiết diện không đổi:

Khe hở của van có tiết diện không

thay đổi do đó lưu lượng dòng khí

chảy qua cũng không thay đổi

R

1 0PY

Van tiết lưu có tiết diện thay đồi:

Lưu lượng dòng khí nén chảy qua

van thay đổi nhờ một vít điều chỉnh

làm thay đổi tiết diện khe hở

Ký hiệu chung:

Có mối nối ren:

Không có mối nối ren:

Van tiết lưu điều chỉnh bằng tay:

Dòng khí nén chỉ có thể đi theo

chiều từ A qua B mà không thể đi

theo chiều ngược lại

Van tiết lưu 1 chiều điều chỉnh bẵng cữ

chặn:

Dòng khí nén chỉ có thể đi 1 chiều từ A

qua B Tuỳ vào vị trí của cữ chặn mà

tiết diện khe hở của van thay đổi làm

cho lưu lượng dòng chảy thay đổi.

4.6 Cơ cấu chấp hành.

4.6.1 Nhiệm vụ

Cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ biến đổi năng lượng khí nén thànhnăng lượng cơ học Cơ cấu chấp hành có thể chuyển động thẳng (xilanh)hoặc chuyển động quay (động cơ khí nén)

Hình 24 Chiều tác động ngược lại do ngoại lực (a) và do lo xo (b)

Xilanh tác động 2 chiều (xilanh tác động kép).

- Khí nén được đưa vào 2 phía của xilanh, do yêu cầu điều khiển

mà xilanh đi vào hay đi ra sẽ tuỳ thuộc vào việc đưa khí nén vào phía nào của xilanh

Xilanh quay

- Hình biểu diễn tượng trưng của xilanh quay Hai ngõ vào điềukhiển để điều khiển pittong có răng di chuyển qua lại Khi cần pittong dichuyển sẽ ăn khớp với 1 bánh răng làm bánh răng quay Trục bánh răng

sẽ được gắn với cơ cấu chuyển động

Ưu nhược điểm của khí nén:

Ưu điểm:

− Không gây ô nhiễm môi trường.

− Có khả năng truyền tải năng lượng đi xa do độ nhớt động học của khí nén nhỏ, tổn thất trên dọc đường thấp.

− Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn được đảm bảo.

Nhược điểm:

− Khi tải trọng thay đổi, vận tốc truyền cũng thay đổi.

− Dòng khí nén thoát ra gây tiếng ồn lớn.

- Tốc độ của trục quay phụ thuộc trực tiếp giá trị tần số của các xung nhập điều khiển và bề dài của chuyển động quay phụ thuộc số xung điều khiển

5.2 Ưu điểm của động cơ bước

- Góc quay của động cơ tỉ lệ thuận với số xung điều khiển

- Động cơ đạt được momen toàn phần (full torque) tại lúc đứng yên (khi dây quấn động cơ còn được cung cấp năng lượng)

- Chuyển động có khả năng lập lại các trạng thái một cách ổn định tin cậy, điều khiển vị trí chính xác Với những động cơ bước có cấp chính xác cao

có sai số từ 3% đến 5% trong mỗi bước và sai số này không gia tăng ở bước điều khiển kế tiếp

- Các đáp ứng khởi động, dừng và đảo chiều tối hảo

- Có độ tin cậy cao vì động cơ không sử dụng chổi than ; như vậy tuổi thọ của Góc quay của động cơ tỉ lệ thuận với số xung điều khiển

-Động cơ đạt được momen toàn phần (full torque) tại lúc đứng yên (khi dây quấn động cơ còn được cung cấp năng lượng)

- Chuyển động có khả năng lập lại các trạng thái một cách ổn định tin cậy, điều khiển vị trí chính xác Với những động cơ bước có cấp chính xác cao có sai số từ 3% đến 5% trong mỗi bước và sai số này không gia tăng ở bước điều khiển kế tiếp

- Các đáp ứng khởi động, dừng và đảo chiều tối hảo

- Có độ tin cậy cao vì động cơ không sử dụng chổi than ; như vậy tuổi thọ của động cơ chỉ phụ thuộc vào tuổi thọ của phần truyền động cơ khí : bạc đạn

- Các động cơ bước đáp ứng với các tín hiệu xung điều khiển cung cấp

từ bộ điều khiển vòng hở, do đó đễ dàng điều khiển động cơ và giá thành điều khiển thấp

- Động cơ có khả năng quay với tốc độ đồng bộ có giá trị rất thấp khi mang tải trực tiếp trên trục

- Động cơ có thể đạt được một phạm vi rộng giá trị tốc độ quay tỉ lệ với giá trị tần số của xung điều khiển động cơ chỉ phụ thuộc vào tuổi thọ của phần truyền động cơ khí : bạc đạn

- Các động cơ bước đáp ứng với các tín hiệu xung điều khiển cung cấp

từ bộ điều khiển vòng hở, do đó đễ dàng điều khiển động cơ và giá thành điều khiển thấp

- Động cơ có khả năng quay với tốc độ đồng bộ có giá trị rất thấp khi mang tải trực tiếp trên trục

- Động cơ có thể đạt được một phạm vi rộng giá trị tốc độ quay tỉ lệ với giá trị tần số của xung điều khiển.

5.3 Nhược điểm của động cơ bước

- Có thể xãy ra trạng thái cộng hưởng nếu không được điều khiển thích hợp

- Không điều khiển dễ dàng để động cơ hoạt động tại các giá trị tốc độ rất cao

5.4 Phân loại động cơ bước

Theo các tài liệu kỹ-thuật hiện nay, chúng ta có 3 loại động cơ bước

- Động cơ bước với rotor là nam châm vĩnh cửu (PM stepper motor – Permanent Magnet Stepper Motor )

- Động cơ bước từ dẫn thay đổi (VR stepper motor – Variable Reluctance Stepper Motor)

- Động cơ buớc đa hợp (Hybrid Stepper motor)

5.5 Cấu tạo chung của đông cơ bước

- Gồm một thanh nam châm vĩnh cửu; đường sức từ trường (từ phổ) do thanh nam châm tạo ra tạo thành hệ thống đường sức kín có hướng đi ra từ cực bắc và đi vào ở cực nam

- Tính chất lưởng cực của thanh nam châm vỉnh cửu có thể được cảm ứng trong từ trường tạo bởi dòng điện khi đi qua cuộn dây quấn Cực tính của

từ trường tạo bởi dòng điện (khi đi qua dây quấn) phụ thuộc vào hướng dòng điện đi vào dây quấn Tính chất của cục từ thay đổi khi đổi hướng dòng điện qua cuộn dây dẫn

- Khi bố trí thanh nam châm vỉnh cửu có thể quay tự do như phần ứng của máy điện; phần ứng này được đặt trong từ trường tạo bởi phần dây quấn phần cảm

5.6 Nguyên tắc hoạt động

- Đa số các động cơ bước là động cơ một pha, hai pha hoặc nhiều pha Khác với động cơ đồng bộ thông thường là roto của nó không có cuộn dây khởi động (lồng sóc mở máy ) mà nó được khởi động bằng phương pháp tần số Roto của động cơ có thể được kích thích hoặc không được kích thích

Sơ đồ động cơ bước m pha

Xung điện áp cấp cho cuộn dây stator

a Xung một cực ; b Xung hai cực

Khi cung cấp bởi xung một cực, điện áp sẽ biến đổi từ 0 đến +U, còn khi cung cấp bởi xung hai cực điện áp sẽ biến đổi từ +U đến –U

Chuyển mạch điện tử có thể cung cấp điện áp điều khiển cho các cuộn dây stator theo từng cuộn riêng lẻ hay theo từng nhóm các cuộn dây Trị số và chiều của sức từ động tổng F của động cơ và do đó vị trí của rotor trong không gian hoàn toàn phụ thuộc vào phương pháp cung cấp điện cho các cuộn dây Ví

dụ : nếu các cuộn dây của động cơ trên hình cung cấp cho từng cuộn dây riêng

lẻ theo trình tự 1,2,3 m bởi các xung một cực thì rotor động cơ sẽ có m vị trí

ổn định trùng với trục của các cuộn dây (hình (a))

Trong thực tế để tăng cường sức từ động tổng của stator do đó làm tăng

từ thông và momen đồng bộ , người ta thường cung cấp đồng thời cho hai hoặc

nhiều cuộn dây Lúc đó rotor của động cơ bước sẽ có vị trí cân bằng trùng với vectơ sức từ động tổng F

Trên hình (b) sức từ động F khi cung cấp đồng thời cho một số chẵn

cuộn dây (trường hợp này hai hay nhiều cuộn dây được cung cấp điện một cách đồng thời )

Trên hình (c) sức từ động tổng F khi cung cấp đồng thời cho ba cuộn dây (một số lẻ cuộn dây) Trong cả hai trường hợp (cung cấp cho một số chẵn cuộn dây và cung cấp cho một số lẻ cuộn dây ), rotor động cơ bước sẽ có m vị trí cân bằng.

Góc xê dịch giữa hai vị trí liên tiếp của rotor được tính :

- Nếu cung cấp theo thứ tự một số chẵn cuộn dây, rồi một số chẳn cuộn dây,

Ví dụ : 1&2 – 2 – 2&3 – 3 – m thì số vị trí cân bằng của rotor sẽ tăng gấp đôi là 2m

- Nếu số lượng cuộn dây được điều khiển luôn luôn không đổi (một số chẵn cuộn dây hay một số lẻ cuộn dây) được gọi là đối xứng

- Nếu số lượng cuộn dây luôn luôn thay đổi (ví dụ : điều khiển theo trình

tự chẵn – lẽ – chẵn … ) được gọi là không đối xứng

Số bước trong khoảng từ 0 đến 360 o là :

K = m n1 n2 p

Trong đó : p : là số đôi cực của rotor

m : làsố cuộn dây điều khiển trê stator n1: là hệ số ( n1 = 1 ứng với điều khiển đối xứng ,

n1 = 2 ứng với điều khiển không đối xứng) n2 : là hệ số ( n2 = 1 ứng với điều khiển bằng xung một

cực)

n2 = 2 ứng với điều khiển bằng xung hai cực)

Với bước quay của rotor trong không gian thì :

α = 360 o

6.Cảm Biến:

6.1 Các khái niệm về cảm biến:

Trong các hệ thống đo lường và điều khiển, mọi quá trình điềukhiển đặc trưng bởi các biến trạng thái Các biến trạng thái này thường làcác đại lượng không điện như: nhiệt độ , áp suất, lưu lượng, tốc độ…

Để thực hiện quá trình đo lường và điều khiển cần phải thu thậpthông tin, đo đạc, theo dõi sự biến thiên của các trạng thái của quá trìnhthực hiện chức năng trên là các thiết bị cảm biến Để hiểu rõ về cảm biến

ta cần nắm được một số khái niệm và định nghĩa sau :

6.1.1.Phần tử nhạy:

Là khâu đầu tiên của thiết bị đo chịu trực tiếp của đại lượng đo.Phần tử nhạy không có đặc tính riêng Sai số được hạn chế bởi sai số củathiết bị mà nó tham gia

6.1.2.Chuyển đổi đo lường:

Là một khâu cùa thiết bị đo, tín hiệu vào là hàm số của tín hiệu ra

Cơ sở vật lý của chuyển đổi đo lường là biến đổi và truyền đạt nănglượng ( biến đổi từ dạng năng lượng này sang dạng năng lượng khác)

6.2 Cảm biến đo lường:

Là phương tiện ( thiết bị) đo thực hiện biến đổi ở đầu vào thành tínhiệu ra thuận lợi cho việc biến đổi tiếp theo hoặc truyền đạt, gia côngbằng thiết bị tính hoặc lưu trữ số liệu (nhưng không quan sát được)

Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ trong các lĩnh vực nghiên cứukhoa học và ứng dụng kỹ thuật đo lường, điều khiển, số lượng và chủngloại các cảm biến tăng nhanh và đa dạng Với mục dích nghiên cứu vàứng dụng có thể phâm loại cảm biến theo các phương pháp sau:

6.2.1 Phân loại cảm biến theo đại lượng vào và ra

− Cảm biến điện _ điện : trong đó các đại lượng vào và ra là cácthông số điện.

− Cảm biến không điện _ điện: là cảm biến thực hiện chức năng biếnđổi các đại lượng không điện là áp suất, nhiệt độ , lưu lượng ,… Thànhcác hông số như điện trở, điện cảm, điện dung, điện áp, dòng điện, sứcđiện động …

− Cảm biến khí nén _ điện : được ứng dụng nhiều trong các nhà máyHóa chất, các hệ thống đo và điều khiển cần chống cháy nổ

6.2.2 Phân loại theo tính chất vật lý

− Cảm biến điện trở

− Cảm biến điện từ

− Cảm biến tĩnh điện

− Cảm biến nhiệt điện

− Cảm biến điện tử_ion

− Cảm biến hóa điện

− Cảm biến y sinh

6.2.3 Phân loại theo tính chất nguồn điện

− Cảm biến phát điện (Active)

− Cảm biến thụ động (Passive)

6.2.3 Phân loại theo phương pháp đo

− Cảm biến biến đổi trực tiếp

− Cảm biến kiểu bù

6.3 Cảm biến quang

6.3.1 Khái niệm cơ bản về ánh sáng

•Tính chất của ánh sáng: