Đồ án nghiên cứu hệ thống đóng nắp và đếm chai tự động trong nhà máy sản xuất bia kèm bản vẽ

Đề tài “Nghiên cứu hệ thống đóng nắp và đếm chai tự động trong nhà máy sản xuất bia” mà nhóm được giao, thật sự là một thử thách, do nguyên lý hoạt động, kết cấu cơ khí, phương pháp điề

LỜI NÓI ĐẦU

Ngành cơ khí chế tạo máy là ngành kỹ thuật đóng vai trò quan trọng trong thời kỳ đổi

mới và đi lên của đất nước Đất nước đang trong giai đoạn công nghiệp hóa và hiện đại

hóa các ngành sản xuất, ngành công nghiệp cơ khí được xác định là ngành công nghiệp

mũi nhọn có nhiệm vụ giải quyết những vấn đề khoa học kỹ thuật nhằm tăng năng suất

lao động, giảm giá thành sản phẩm, cải thiện điều kiện làm việc của người lao động

đồng thời đáp ứng kịp sự phát triển của các ngành công nghiệp khác.Ở nước ta, ngành

công nghiệp thực phẩm đồ uống đang có xu hướng phát triển mạnh nhưng các thiết bị

máy móc phục vụ cho sản xuất chế biến đều phải nhập ngoại Qua nghiên cứu một vài

hệ thống sản xuất bia của nước ngoài nhóm đã quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu hệ

thống đóng nắp và đếm chai tự động trong nhà máy sản xuất bia” để làm đồ án môn

Cơ Điện Tử 2

Đề tài “Nghiên cứu hệ thống đóng nắp và đếm chai tự động trong nhà máy sản

xuất bia” mà nhóm được giao, thật sự là một thử thách, do nguyên lý hoạt động, kết cấu

cơ khí, phương pháp điều khiển của các máy loại này hoàn toàn xa lạ với các thành viên

của nhóm, các tài liệu về những chiếc máy này hoàn toàn không có Nhưng chính thách

thức đó cũng là động lực để nhóm làm việc Qua đề tài, các thành viên của nhóm đã phát

triển được nhiều kĩ năng như làm việc nhóm, cách tiếp cận với vấn đề mới, cách giải

quyết vấn đề…Hơn thế nữa trong quá trình làm đề tài, nhóm đã vận dụng được những

kiến thức đã học như thiết kế cơ khí, lập trình điều khiển, thiết kế hệ thống… để giải

một bài toán rất thực tế

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Lưu Vũ Hải và các thầy cô trong bộ môn Cơ

Điện Tử, cũng như các thầy cô trong khoa cơ khí đã giúp đỡ chúng em trong thời gian

làm đề tài Và hơn nữa, cảm ơn thầy đã dìu dắt, trang bị kiến thức cả chuyên môn lẫn

cuộc sống cho chúng em trong bốn năm qua Sau khi ra trường, chúng em mong vẫn

được thầy, và các thầy cô giúp đỡ, chỉ bảo

Do thời gian có hạn nên cũng không thể tránh được những sai sót trong quá trình làm đề

tài Nhóm mong được những ý kiến đóng góp của các thầy cô và các bạn để có thể hoàn

thiện đề tài tốt hơn

Xin chân thành cảm ơn

Hà Nội, ngày tháng năm 20

Sinh viên thực hiện:

M c L c ục Lục ục Lục

LỜI NÓI ĐẦU 1

Chương 1 GIỚI THIỆU CHUNG 3

1.1.Giới thiệu chung 3

1.2 Giới thiệu về một số nhà máy bia ở Việt Nam 3

1.3.Vấn đề đặt ra 4

1.4.Phương pháp nghiên cứu 4

1.5.Phạm vi và giới hạn của nghiên cứu 5

Chương 2 :TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÓNG NẮP CHAI TỰ ĐỘNG 6

2.1.Hệ thống đóng nắp chai tự động 6

2.2.Hệ thống điều khiển 7

2.3 Cơ cấu chấp hành 11

2.3.1.Động cơ DC 11

2.3.2 Động cơ bước 12

2.3.3.Tìm hiểu về Loadcell 15

2.3.4.Cảm biến tiệm cận 18

Chương 3 MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG 24

3.1.Xây dựng hệ thống cơ khí 24

3.2Mô hình hóa hệ thống điều khiển 25

Chương 4 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG 27

4.1.Thiết kế và thi công hệ thống cơ khí 27

Chương 1 GIỚI THIỆU CHUNG

1.1.Giới thiệu chung

Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp thực phẩm nói chung và ngành công nghiệp sản xuất bia nói riêng của nước ta đã có một diện mạo mới.Lượng bia sản xuất ngày càng tăng cùng với thiết bị và công nghệ sản xuất ngày càng hiện đại nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng

Hệ thống đóng nắp và đếm chai tự động trong nhà máy sản xuất bia là một hệ thống

có khả năng giám sát quá trình bơm rót bia và đóng nắp chai hoàn toàn tự động khôngcần đến sự can thiệp của con người

Dây chuyền sản xuất bia

Hệ thống sử dụng các sensor cảm biến giám sát toàn bộ hệ thống từ quá trình xúc rửa

vỏ chai sau đó được chuyển đến hệ thống bơm rót đóng nắp, các chai bia hoàn thiện được đưa ra ngoài và đóng vào két

Hệ thống được lập trình và điều khiển bằng PLC s7-200 chạy hoàn toàn tự động có thể được trang bị cho các nhà máy sản xuất bia lớn giúp tăng năng suất sản xuất

1.2 Giới thiệu về một số nhà máy bia ở Việt Nam

Tên : Nhà máy bia Quảng Nam

• Địa chỉ : Khu công nghiệp Điện Nam – Điện Ngọc, Điện Bàn Quảng Nam

• Thành lập : Tháng 9 năm 2002

• Diện tích : 30.000 m2

• Hình thức doanh nghiệp : Doanh nghiệp nhà nước

• Tổng vốn đầu tư: 10 Triệu USD

• Công suất : Giai đoạn 1 : 10 triệu lít/năm

Giai đoạn 2 : 20 triệu lít /năm ( từ năm 2005)

• Công suất dự kiến trong tương lai : 120 triệu lít/năm

• Nghành nghề kinh doanh : Sản xuất và cung ứng bia

Tên : Công ty TNHH Nhà Máy Bia Việt Nam

• Địa chỉ : Số 02 Ngô Đức Kế, Lầu 15, Quận 1, Tp.HCM

và bắt đầu đóng nắp cho chai bia

Khi chai bia đã được đóng nắp sẽ được đưa ra một băng tải một cảm biến sẽ xác địnhloại bỏ những chai bia bị lỗi như chưa đóng nắp, rót chưa đủ lượng và những chai biahoàn thiện sẽ được băng tải đẩy đi sẵn sàng cho quá trình đóng hộp

Để giải quyết vấn đề trên cần thực hiện được những công việc như :

 Hệ thống cân đo cần chuẩn xác để xác định được khối lượng của vỏ chai trướckhi vào hệ thống rót

 Trong việc thiết kế và chế tạo được hệ thống cơ khí phải chính xác, đảm bảo chomáy chạy êm, không bị kẹt trong quá trình hoạt động

 Việc xây dựng được thuật toán điều khiển và phương pháp điều khiển cho máycũng gặp nhiều vấn đề khó khăn, vừa phải đảm bảo điều khiển cho máy hoạtđộng được chính xác, dự phòng được các lỗi xảy ra khi máy hoạt động, vừa phảilàm sao cho việc lập trình đơn giản nhất có thể

 Cơ cấu chấp hành sử dụng trong máy là động cơ DC và động cơ bước, cần đượcđiều khiển chính xác

 Máy phải tuyệt đối an toàn, có độ tin cậy cao

1.4.Phương pháp nghiên cứu

Hệ thống đóng nắp chai tự động là hệ thống đã được sử dụng trong các nhà máy sảnxuất bia của Việt Nam và trên thế giới và là một sản phẩm cơ điện tử, nên trong quátrình là đồ án nhóm đã áp dụng phương án nghiên cứu như sau:

 Nghiên cứu những dây chuyền sản xuất bia của công ty sản xuất bia trênInternet.Từ đó áp dụng để thiết kế trong giới hạn đề tài

 Áp dụng phương pháp luận trong thiết kế cơ điện tử vào thiết kế máy, cụ thể là: + Thiết kế theo tuần tự, và đồng thời.

+ Mô hình hóa phần cơ, mô phỏng hóa phần điện, tối ưu hóa trước khi hoàn thiện thiết kế trước khi chế tạo

+ Chế tạo mẫu các chi tiết chưa đảm bảo hoạt động như mong muốn, hoặc chưa được thiết kế trong các hệ thống thật trước đó, chế tạo mẫu mạch điện Sau cùng, chế tạothật mô hình máy

1.5.Phạm vi và giới hạn của nghiên cứu

Một hệ thống đóng nắp chai bia được sử dụng trong thực tế có rất nhiều chắcnăng Tuy nhiên trong phạm vi một đề tài tốt nghiệp, với những giới hạn về thời gian,tài chính và tầm hiểu biết, nhóm chỉ xây dựng một mô hình với những chức năng chínhnhư sau:

 Những vỏ chai đã được sắp xếp trên hệ thống băng tải và đã được phân loại vàrửa sạch sẽ

 Nắp chai cho quá trình đóng nắp đã được phân loại khi tới hệ thống nắp đã sẵnsàng ở vị trí đóng

 Khi hệ thống đóng nắp hoàn thiện những chai bia được đưa ra ngoài khôngđược đóng hộp hoàn thiện

 Dây chuyền được chế tạo bằng vật liệu đơn giản

Chương 2 :TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÓNG NẮP CHAI TỰ

mô tả như sau:

Từ khâu cấp chai, các chai được đưa vào hệ thống băng tải, trước tiên chai được cho

đi qua hệ thống rửa Chai dùng trong hệ thống đóng chai thường là chai thànhphẩm, nên thường tại khâu này chỉ qua súc rửa để làm sạch bụi

Sau khi được rửa sạch, các chai được băng chuyền đưa đến hệ thống rót liệu, tới

vị trí rót, chai sẽ được dừng chính xác nhờ một cảm biến, để đảm bảo chính xác hơnnữa, có thể bố trí các cơ cấu cơ khí để kẹp giữ chai Hệ thống van rót, cơ cấu rótđược hạ xuống sao cho vòi rót ngập sâu trong miệng chai Sở dĩ cần thiết kế nhưvậy vì áp suất trong bể chứa được giữ rất lớn và không đổi, đảm bảo tốc độ rót cao

và thời gian mỗi lần rót là như nhau, việc nhúng vòi rót vào trong chai để tránh chấtlỏng văng ra ngoài khi rót với tốc độ lớn với thiết kế như vậy, tổng thời gian đểnâng hạ van và rót liệu chỉ mất từ 2-3 giây

Khi chai đạt được mức quy định được băng tải vận chuyển đến vị trí đóng nút.Khâu đóng nút bao gồm cơ cấu cấp nắp chai và đóng nút Cơ cấu đóng có thể là xilanh thủy khí (với nút dập) hoặc mô tơ (với nút vặn), cơ cấu cấp nắp chai có thểdưới dạng gài sẵn trên băng tải hoặc kết hợp với cơ cấu dập

Sau đó là khâu dán nhãn, đây có thể coi là khâu đơn giản nhất trong hệ thống đóngchai Cơ cấu bôi keo dính được gắn ngay trên băng tải và bố trí tiếp tuyến sao cho tìvào mặt chai, ngoài chuyển động thẳng trên băng tải, chai còn chuyển động quaytròn do lực tì của cơ cấu bôi keo Tương tự với cơ cấu cấp nhãn, chai sau khi bôikeo, quay tròn, cuốn băng giấy nhãn 1 vòng quanh chai

Khâu cuối cùng là kiểm tra và đóng gói sản phẩm khâu kiểm tra bao gồm một loạtcác cảm biến để kiểm tra chất lượng sản phẩm(đủ định mức, đóng nút dán nhãn đạtyêu cầu…) sau khi kiểm tra sẽ qua cơ cấu phân loại, 1 tay gạt sẽ loại bỏ chai sangmột băng tải khác Các chai đạt tiêu chuẩn sẽ qua khâu đóng gói, chai được xếpthành khối nhờ các tay máy gạt và nâng hạ

Như vậy toàn bộ quy trình công nghệ đóng nút chai được tự động hoàn toàn, với

đầu vào là nguyên liệu và chai rỗng, đầu ra là sản phẩm có thể đem bán trực tiếp.

2.2.Hệ thống điều khiển

2.2.1 Giới thiệu chung về PLC

- PLC là bộ điều khiển lập trình “ Programmable Logic Controller”

-Bộ điều khiển lập trình là một thiết bị mà người sử dụng có thể lập trình để thực hiệnmột loạt hay trình tự các sự kiện Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích

thích ngõ vào “ tác động vào PC hoặc qua các hoạt động trễ như thời gian định thì

hay các

sự kiện được đếm.Một khi sự kiện được kích hoạt, nó ở trạng thái ON hoặcOF

Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục “lặp” trong chương trình do “người sử dụnglập trình ra” chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tín hiệu ở ngõ ra tại thời điểm đã lập trình.-Cấu trúc của bộ điều khiển lập trình có thể được phân thành các thành phần.Bộ phận

mà chương trình được nạp vào lưu trữ và xử lý thường được gọi là Main processinghay còn gọi là CPU

Vậy, lập trình cho một PLC là đi tìm điều kiện tín hiệu ngõ vào tác động lên đối tượngđiều khiển cho tín hiệu ngõ ra tương ứng

-Các loại PLC thường sử dụng : S7-200, S7-300 (SIEMENS); FX0, FX0N, FX1N, FX2N(MISUBISHI); Trong đề tài mà nhóm thực hiện nhóm sử dụng PLC s7-200 củasiemens do:

 ngõ ra Transistor, do đó có thể sử dụng ngõ ra này để điều rộng xung để điều

khiển động cơ bước.

 hiện đang là sản phẩm phổ biến và được sử dụng rộng rãi nhất giúp dễ dàng tìmhiểu cho quá trình lập trình

2.2.2 Giới thiệu chung về PLC s7200 simen

S7-200 có từ 6 đầu vào/4 đầu ra số (CPU221) đến 24 đầu vào/16 đầu ra số (CPU226) Ta

có thể mở rộng số đầu vào/ ra nhờ các module mở rộng Trong bộ lệnh của S7-200 có đầy

đủ các lệnh bit Logic, so sánh, bộ đếm, dịch/quay các thanh ghi, timer cho phép lập trình

cho các ứng dụng điều khiển Logic một cách dễ dàng.

PLC S7-200 của SIEMENS thuộc vào nhóm các PLC loại nhỏ vì chỉ có thể quản lý một

số lượng đầu vào/ra ít, bộ nhớ chương trình và dữ liệu nhỏ, sử dụng các ngôn ngữ lập trình như STL (Statement List), LAD (Ladder Logic), FBD (Funtion Block Diagrams) Tuy nhiên, PLC S7-200 lại được tích hợp sẵn các tính năng phong phú, do vậy nó có khả năng đáp ứng được các yêu khác nhau của máy móc, thiết bị công nghiệp

S7-200 có từ 6 đầu vào/4 đầu ra số (CPU221) đến 24

đầu vào/16 đầu ra số (CPU226) C ó thể mở rộng số

đầu vào ra nhờ các module mở rộng Các đầu vào của

S7-200 sử dụng mức 24 VDC rất thích hợp cho việc

kết nối với các cảm biến tiệm cận hay cảm biến

quang PLC cũng có luôn đầu cấp nguồn 24 VDC cho

các đầu vào, có bảo vệ quá dòng

Đầu ra có hai sự lựa chọn: đầu ra transistor cho ra

điện áp DC phù hợp với các ứng dụng như hút van 24

VDC chiều công suất nhỏ, relay trung gian , đặc biệt

là đầu ra kiểu này có thể sử dụng để phát ra xung cho

chức năng PTO hay PWM

Chức năng chính của PLC là để điều khiển Logic, điều khiển tuần tự, liên động Trong bộ lệnh của S7-200 có đầy đủ các lệnh bit Logic, so sánh, bộ đếm, dịch/quay các thanh ghi, timer cho phép lập trình cho các ứng dụngđiều khiển Logic một cách dễ dàng Đặc biệt nó có các lệnh phát hiện ra các sườn xung cho phép ta xử lý thời điểm chuyển trạng thái của tín hiệu Nếu cần xử lý các thời điểm chuyển trạng thái nhanh hơn ta có thể sử dụng ngắt

Bên trong S7-200 có tích hợp một đồng hồ thời gian thực Ta có thể sử dụng nó cho các ứng dụng điều khiển thời gian dài hay các ứng dụng mà việc điều khiển phụ thuộc vào thời gian trong ngày (như điều khiển đèn giao thông) hay có thể theo mùa trong năm (đèn chiếu sáng)

Về mặt xử lý toán học, S7-200

có cả các lệnh toán học cho số

nguyên và số thực Số thực có

các lệnh cộng, trừ, nhân, chia,

tăng, giảm cho số nguyên

thường và số nguyên 4 byte Số

thực có các lệnh cộng, trừ, nhân,

chia, sin, cos, tan, ln, exp và đặc

biệt là lệnh PID cho điều khiển

vòng kín Các lệnh trên đủ để xử

lý các số liệu trong các ứng dụng

điều khiển đơn giản, tuy nhiên

để thực hiện chúng tốn khá

nhiều thời gian của PLC Lệnh

PID sử dụng để điều khiển vòng

kín cho các đầu vào/ra tương tự,

ra PWM và các dữ liệu khác

Do thời gian thực hiện lệnh PID

lâu cho nên S7-200 chỉ có khả

năng thực hiện vài vòng kín với

thời gian lấy mẫu từ vài ms đến

vài trăm ms thoả mãn cho các

ứng dụng biến thiên chậm (điều

khiển nhiệt độ ) Nếu ta đặt thời

gian lấy mẫu nhỏ hay thực hiện

nhiều vòng kín có thể dẫn đến

quá tải PLC và làm PLC bị lỗi

Để đơn giản cho việc lập trình

điều khiển vòng kín, MicroWin

có công cụ cho phép người dùng

khai báo dễ dàng

SƠ ĐỒ KẾT NỐI

Ngoài các bộ đếm bằng phần mềm thực hiên theo chu kỳ quét của chương trình, S7-200

có các bộ đếm bằng phần cứng (HSC-High speed counter) Có tối đa 6 bộ HSC trong

S7-200, ta có thể lập trình nó theo 1 trong 13 chế độ khác nhau để đếm thuận/nghịch hay bộđếm hai pha (dùng cho Encoder) với các đầu vào điều khiển Tần số cao nhất mà các bộđếm này có thể đếm được là 30 kHz với xung 1 pha và 20 kHz với xung hai pha Các bộđếm này cho phép S7-200 có thể kết nối với các máy phát tốc xung để đo tốc độ động cơhay với Encoder để đo tốc độ và chiều quay cũng như đo khoảng di chuyển trong các

máy gia công cơ khí S7-200 có hai đầu ra xung tại Q0.0 và Q0.1 mà nó có thể sử dụng

để phát ra PulseTrain Output (PTO) hay Pulse Width Modulation (PWM) Với chức năngPWM ta có thể dùng nó để điều khiển điện áp ra với các ứng dụng có công suất lớn bằngcác thay đổi tỉ lệ giữa thời gian bật (Ton) và thời gian tắt (Toff) Độ phân giải của thờigian này là 1ms Nó sử dụng cho điều khiển tốc độ động cơ một chiều hay điều khiểnnhiệt độ Với chức năng PTO ta có thể lập trình để đầu ra bắn ra một số xung vuông vớitần số nào đó Các xung này có thể chia ra thành nhiều đoạn với tần số có thể tăng dầnhay giảm dần Nó thích hợp cho các ứng dụng như là điều khiển động cơ bước chẳng hạn

S7-200 có một hay hai cổng thông tin sử dụng chuẩn RS-485 Các cổng này có thể làmviệc ở chế độ PPI (Point to Point Interface), MPI (Mulipoint Interface) hay chế độFreePort Ở chế độ PPI hay MPI cho phép S7-200 có thể kết nối với máy lập trình đểtruyền/nạp chương trình hay sử dụng các tiện ích khác Nó cũng cho phép các PLC kếtnối với nhau để trao đổi dữ liệu hay kết nối với các màn hiển thị khác (TD200, OP3,OP7 ) Một số S7-200 có tích hợp sẵn cổng Profibus hay sử dụng một module mở rộng

Nó cho phép S7-200 có thể tham gia vào mạng Profibus như là một Slave thông minh Ởchế độ Free port người dùng có thể tự do định nghĩa và lập trình cổng thông tin cho ứngdụng của mình để có thể kết nối S7-200 với vi điều khiển, máy tính hay các thiết bị khác(bar code, printer ) Ta cũng có thể dùng tiện ích có sẵn trong MicroWin để khai báo choS7-200 thực hiện giao thức USS để kết nối với các biến tần của SIEMENS hay giao thức

ModBus

 ưu nhược điểm

PLC S7-200 hiện đang là sản phẩm phổ biến và được sử dụng rộng rãi nhất PLC là từ viết tắt

của Programable Logic Controller, đây là thiết bị điều khiển logic - lập trình được, nó cho phépthực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua, một ngôn ngữ lập trình., PLC S7-

200 là thiết bị của hãng Siemens, cấu trúc theo kiểu modul có các modul mở, rộng.Thành phấn

cơ bản của PLC S7-200 là khối CPU222, CPU224, CPU 224XP, CPU226 …

Thông thường PLC S7-200 được chia ra làm 2 loại chính:

Loại PLC S7-200 cấp điện áp 220VAC :

Ưu điểm của loại này là ngõ ra Transistor, do đó có thể sử dụng ngõ ra này để điều rộng

xung, hoặc output0V,24V,220V… )

Tuy nhiên, nhược điểm của nó : do ngõ ra transistor nên ngõ ra chỉ có một cấp điện duy nhất là+24VDC, do vậy sẽ gặp rắc rối trong những ứng dụng có cấp điện áp ra la 0VDC, Trong trườnghợp này buộc ta phải thông qua 1 rơ le 24Vdc đệm

2.2.3 Giới thiệu chung về 8051

– Chức năng các chân của họ 8051

a Port 0 ( P0.0- P0.7)

Port 0 gồm 8 chân, ngoài các chức năng xuất nhập, Port 0 còn là bus đa hợp dữ liệu vàđịa chỉ(AD0-AD7), chức năng này sẽ được sử dụng khi 8051 giao tiếp với các thiết bịngoài có kiến trúc bus như các vi mạch nhớ, mạch nhớ PIO…

b Port 1 ( P1.0- P1.7)

Port 1 có chức năng xuất nhập theo bit và byte Ngoài ra, ba chân P1.5, P1.6, P1.7 được dùng

để nạp ROM theo chuẩn ISP, hai chân P1.0, và P1.1 được dùng cho bộ Timer 2

Bit Tên Chức năng

P3.0 RXD Dữ liệu nhận cho port nối tiếp

P3.1 TXD Dữ liệu truyền cho port nối tiếp

P3.2 INT0 Ngắt bên ngoài 0

P3.3 INT1 Ngắt bên ngoài 1

P3.4 T0 Ngõ vào của Timer/counter 0

P3.5 T1 Ngõ vào của Timer/ counter 1

P3.6 /WR Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài

P3.7 /RD Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài

e Chân /PSEN ( Program store Enable)

/PSEN là chân điều khiển đọc chương trình ở bộ nhớ ngoài, nó được nối với chân /OE để chophép đọc các byte mã lệnh trên ROM ngoài /PSEN sẽ ở mức thấp trong thời gian đọc mãlệnh Mã lẹnh được đọc từ bộ nhớ ngoài qua bus dữ liệu (Port 0) thanh ghi lệnh để được giải

mã Khi thực hiện chương trình trong ROM nội thì /PSEN ở mức cao

f Chân ALE (Address Latch Enable)

ALE là tín hiệu điều chỉnh chốt địa chỉ có tần số bằng 1/6 tần số dao động của vi điều khiển.tín hiệu ALE được dùng để cho phép vi mạch chốt bên ngoài như 74373, 74573 chốt byte địachỉ thấp ra khỏi bus đa hợp địa chỉ / dữ liệu (Port 0)

g Chân /EA (External Access)

Tín hiệu /EA cho phép chọn bộ nhớ chương trình là bộ nhớ trong hay ngoài vi điều khiển Nếu EA ở mức cao (nối với vcc), thì vi điều khiển thi hành chương trình trong ROM nội Nếu/EA ở mức thấp (nối với GND), thì vi điều khiển thi hành chương trình từ bộ nhớ ngoài

8051 dùng nguồn điện áp một chiều có dải điện áp từ 4V đến 5,5V được cấp qua chân 20 và40.

2.3 Cơ cấu chấp hành

2.3.1.Động cơ DC

Động cơ DC cũng là một cơ cấu chấp hành cơ-điện, biến năng lượng điện thành cácchuyển động cơ học

Động cơ DC hoạt động được dựa trên 2 định luật Loren và Faraday Cấu tạo của động

cơ DC gồm phần ứng, phần kích từ, chổi than và cổ góp Có 5 loại động cơ DC là : động

cơ kích từ nối tiếp, động cơ kích từ song song, động cơ kích từ hỗn hợp, động cơ kích từđộc lập và động cơ nam châm vĩnh cửu

Hình 2.24 Cấu tạo động cơ DC

Các trạng hoạt động của động cơ DC khá đơn giản, phân tích dựa trên đường đặc tính

cơ của động cơ Gồm các trạng thái khởi động và trạng thái hãm Do đường đặc tính cơ làmột đường thẳng, nên việc phân tích sự phụ thuộc của momen và vận tốc của động cơ ởcác trạng thái đơn giản

Hình 2.25 Đường đặc tính cơ động cơ DC

2.3.2 Động cơ bước

a Giới thiệu về động cơ bước:

Động cơ bước là một cơ cấu chấp hành cơ - điện dùng để biến đổi năng lượng điệnthành chuyển động cơ học Đặc tính chuyển động của động cơ bước là rời rạc, trái ngượcvới đặc tính chuyển động quay liên tục của động cơ DC và AC Mỗi xung dòng cấp chocuộn dây stato, trục động cơ thực hiện một góc gọi là bước góc Đặc đểm cơ bản củađộng cơ bước là tốc độ góc tỷ lệ với tần số xung vào Động cơ bước điều khiển tín hiệu

số được sử dụng khá rộng rãi trong máy điều khiển số NC, máy in, robot, máy photocopy

và các máy khác Động cơ bước có thể điều khiển cả về vị trí và tốc độ(dải tốc độ 0 đến

300 vòng/phút) mà không cần mạch cầu hồi tiếp nhưng vẫn đảm bảo được độ chính xác

vị trí Tần số cung cấp cho động cơ nằm ở vùng tần số thấp Độ chính xác vị trí khoảng 1đến 5% bước góc Với công nghệ hiện nay, công nghiệp đã sản xuất động cơ bước vớicông suất lớn nhất là 2KW

Ưu việt của động cơ bước là chỗ nó có khả năng điều khiển trực tiếp bằng mạch số Vìvậy, trong mạch điều khiển không cần mạch biến đổi số tương tự(DAC) Và nó cũngkhông cần các chuyển mạch hoặc chổi than như động cơ một chiều (DC) Điều khiển vịtrí bằng động cơ bước tránh sai sót tích luỹ chiều dài của chuyển động Động cơ bướcđược sử dụng trong các mạch điều khiển hở Một ưu điểm khác của động cơ bước là ítgây ồn

Động cơ bước sản xuất theo tiêu chhuẩn góc hoặc theo công suất Dải bước góc củađộng cơ từ 0.720 đến 900 tương ứng với 1.80 , 7.50, 150, 300 hoặc 900

Động cơ bước có ba kiểu: Động cơ nam châm vĩnh cửu PM, động cơ có biến từ trở biếnđổi VR và động cơ bước kiểu kết hợp hai dạng động cơ bước PM và VR gọi là động cơlai

Động cơ bước có thể được miêu tả như là một động cơ điện không dùng bộ chuyểnmạch Cụ thể, các mấu trong động cơ là stato, và roto là nam châm vĩnh cửu hoặc trong

trường hợp động cơ biến từ trở, nó là những khối răng làm bằng vật liệu nhẹ có tính từ.Tất cả các mạch đảo phải được điều khiển bên ngoài bởi bộ điều khiển, và đặc biêt, cácđộng cơ và bộ điều khiển phải được thiết kế để động cơ giữ nguyên vị trí bất kì cố địnhnào, cũng như quay đến vị trí bất kì nào.

Động cơ bước được sử dụng trong đề tài là động cơ lưỡng cực, bước góc 1,80

b.Cấu tạo:

Hình 2.22 Cấu tạo động cơ bước

Động cơ này gồm các mấu, khi có dòng điện đi qua, tạo thành các cặp cực

Để điều khiển động cơ này, mạch điều khiển cho động cơ đòi hỏi một mạch cầu H chomỗi mấu Một cầu H cho phép cực của nguồn áp đến mỗi đầu của mỗi mấu được điềukhiển một cách độc lập

Tín hiệu đầu vào của mỗi mấu, điều khiển cả bước:

Enable 1 1010101010101010 1111111111111111

Hướng 1 1x0x1x0x1x0x1x0x 1100110011001100

Enable 2 0101010101010101 1111111111111111

Hướng 2 x1x0x1x0x1x0x1x0 0110011001100110

Thời gian - >

c.Phương pháp điều khiển

Để điều khiển động cơ bước bằng PLC sẽ bao gồm các khối sau:

* PLC

* Position control module

* Bộ khuếch đại công suất

Hãng SIEMENS đã cung cấp đầy đủ, và phần mềm cũng hỗ trợ cho việc lập trình điều khiển vị trí

Với Module điều khiển vị trí và bộ khuếch đại công suất động cơ bạn có thể chọn điều khiển 1 loại động cơ bước của SIEMENS với các dải điều khiển khác nhau: 500 p/r, 1000p/r, 5000 p/r, 10000 p/r

việc lập trình điều khiển cũng không khó, vì Step7microwin 4.0 đã có sẵn các Function Block sẵn cho việc điều khiển, bạn có thể gia tốc, giảm tốc, đặt tốc độ khác nhau, vị trí khác nhau Đồng thời chức năng mô phỏng của Step7 - 4.0 cũng giúp bạn có thể giám sát,kiểm tra xem chương trình chạy có đúng không

2.3.3.Tìm hiểu về Loadcell

2.3.3.1 Khái niệm Load cell

Loadcell là thiết bị cảm biến dùng để chuyển đổi lực hoặc trọng lượng thành tín

hiệu điện

Khái niệm“strain gage”: cấu trúc có thể biến dạng đàn hồi khi chịu tác động của lực tạo ra một tín hiệu điện tỷ lệ với sự biến dạng này

Loadcell thường được sử dụng để cảm ứng các lực lớn, tĩnh hay các lực biến thiên

chậm Một số trường hợp loadcell được thiết kế để đo lực tác động mạnh phụ thuộc vào thiết kế của Loadcell

2.3.3.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

a Cấu tạo

Loadcell được cấu tạo bởi hai thành phần, thành phần thứ nhất là "Strain gage" và

thành phần còn lại là "Load" Strain gage là một điện trở đặc biệt chỉ nhỏ bằng móng

tay, có điện trở thay đổi khi bị nén hay kéo dãn và được nuôi bằng một nguồn điện ổn định, được dán chết lên “Load” - một thanh kim loại chịu tải có tính đàn hồi

b Nguyên lý hoạt động

Hoạt động dựa trên nguyên lý cầu điện trở cân bằng Wheatstone Giá trị lực tác dụng tỉ

lệ với sự thay đổi điện trở cảm ứng trong cầu điện trở, và do đótrả về tín hiệu điện áp tỉ