ĐỒ án môn học THIẾT kế hệ THỐNG cơ điện tử

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ    ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD : Nguyễn Thành Luân Ký tên : Nhóm SVTH : Tăng Mã Minh MSSV : 20701485 SVTH : Đào Công Thuận MSSV : 20702386 Ngày bắt đầu : 20/09/2010 Ngày kết thúc : 26/12/2010 Ngày bảo vệ : Tp HCM, tháng 12/2010 ĐỒ ÁN MÔN HỌC : THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ SVTH : TĂNG MÃ MINH – ĐÀO CÔNG THUẬN 2 Mục lục Lời nói đầu 3 1. Tổng quan 4 2. Thiết kế mô hình 5 3. Thiết kế mạch điện 7 3.1. Vấn đề cần giải quyết 7 3.2. Mạch nguồn 24VDC+5VDC 7 3.3. Mạch công suất 9 3.4. Mạch điều khiển 10 4. Mô phỏng bằng MATLAB và lưu đồ giải thuật 13 4.1 Sơ đồ động 13 4.2 Mô phỏng bằng Matlab 13 4.3 Lưu đồ giải thuật 14 5. Kiểm nghiệm kết quả và khắc phục sai số 15 Phụ lục Mô phỏng bằng Protues 17 Chương trình điều khiển và thư viện 18 Tài liệu tham khảo 28 ĐỒ ÁN MÔN HỌC : THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ SVTH : TĂNG MÃ MINH – ĐÀO CÔNG THUẬN 3 Lời nói đầu Việc vận chuyển, xếp hàng hóa là một công việc quan trọng và không thể thiếu trong nhiều lỉnh vực sản xuất. Để giảm bớt sức lao động nặng nhọc,tăng năng suất lao động, an toàn, giảm bớt được chi phí sản xuât, tăng lợi nhuận cho nên người ta đã nghĩ ra nhiều loại máy móc, thiết bị nâng chuyển. Các thiết bị này rất đa dạng, nhưng nhìn chung có cùng một mục đích là vận chuyển nhanh, an toàn, tiết kiệm. Một trong những thiết bị mà người ta thường sử dụng đó là hệ thống băng tải. Nhờ vào những ưu điểm và những đặc tính tiện lợi nên băng tải là một phần không thể thiếu của một nhà máy. Trước đây hệ thống băng tải thuần túy chỉ là hệ thống cơ khí từ động cơ qua bộ giảm tốc để được vận tốc mong muốn. Như vậy muốn thay đổi nhiều tốc độ khác nhau rất là khó khăn. Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, việc áp dụng hệ thống máy tính và các thiết bị bán dẫn vào hệ thống cơ khí để điều khiển cho hệ thống cơ khí ngày càng linh hoạt hơn ngày càng được sử dụng nhiều. Trong đồ án này nhóm em sẽ trình bày thiết kế và thực hiện khiển bẳng tốc độ động cơ DC vận tốc băng tải theo mong muốn với sai số thỏa mãn yêu cầu. Trước khi đến với môn học, chung em chỉ có được những kiến thức rời rạc về cơ, điện, và điều khiển và vẫn chưa liên kết tất cả các kiến thức đó thành một, môn học này đã giúp chúng ta tôi luyện thêm những kĩ năng vốn có và vận dụng một cách có hệ thống những kiến thức, lý thuyết đã được các thầy cô chỉ dạy trong ba năm qua. Sau khi hoàn thành đề tài được giao, ta sẽ có một cái nhìn cơ bản và tổng quan hơn về điều khiển, về Cơ điển tử. Và vì thế có thể nói môn học này là một môn học cưc kì hữu ích, vừa đúc kết lại những gì đã biết, vừa làm tiền đề cho những gì chưa biết. Vì thế, em xin chân thành cảm ơn nhà trường đã đưa môn học này vào chương trình giảng dạy, cám ơn các thầy cô đã chỉ bảo em trong suốt thời gian qua và đặc biệt là thầy Nguyễn Thành Luân đã hướng dẫn chúng em trong môn học này. Do trình độ còn hạn chế nên chúng không thể tránh khỏi những sai sót trong quá trình thực hiện, kính mong thầy cô thông cảm, chúng em sẽ cố gắng học tập, rèn luyện để hoàn thiện mình hơn. Sinh viên thực hiện TĂNG MÃ MINH ĐÀO CÔNG THUẬN ĐỒ ÁN MÔN HỌC : THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ SVTH : TĂNG MÃ MINH – ĐÀO CÔNG THUẬN 4 CHƯƠNG 1 : Tổng quan Ứng dụng băng tải trong nhà máy : Có thể ứng dụng hệ thống băng tải này trong hệ thống sản xuất như : trong hệ thống đóng chai nước giải khát, hệ thống có thể thay đổi vận tốc thì có thể tạo ra nhưng loại chai với thể tích khác nhau rất dễ dàng. Tương tự cho việc đóng gói các loại sản phẩm có dạng bột. Có thể lắp ghép nhiều hệ thống băng tải với vận tốc khác nhau trong một hệ thống để thực hiện những yêu cầu khác nhau của hệ thống sản xuất và đương nhiên việc thay đổi vận tốc dễ dàng bằng việc nhập vận tốc thông qua một máy tính. Ngoài ra còn dung trong các hệ thống đòi hỏi độ chính xác cao vì vận tốc được kiểm soát và nằm trong sai số cho phép nào đó. Hình 1.1- Băng tải đang làm việc Hình 1.2- Băng tải vận chuyển từ thấp lên cao ĐỒ ÁN MÔN HỌC : THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ SVTH : TĂNG MÃ MINH – ĐÀO CÔNG THUẬN 5 CHƯƠNG 2 : Thiết kế mô hình Hình 2.1- Mô hình vẽ bằng phần mềm Solidwork Hình 2.2- Mô hình hoàn chỉnh ĐỒ ÁN MÔN HỌC : THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ SVTH : TĂNG MÃ MINH – ĐÀO CÔNG THUẬN 6 Thiết kế rulô : Hình 2.3- Rulô trước Hình 2.4- Rulô trước vẽ bằng solidwork Hình 2.5- Rulô sau ĐỒ ÁN MÔN HỌC : THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ SVTH : TĂNG MÃ MINH – ĐÀO CÔNG THUẬN 7 Hình 2.6- Rulô sau vẽ bằng solidwork CHƯƠNG 3 : Thiết kế mạch điện 3.1. Vấn đề cần giải quyết : Điều khiển vận tốc băng tải bằng cách điều khiển động cơ DC-24v. Động cơ sử dụng là động cơ 24v, tốc độ 4200-4500 vòng/phút, có gắn hộp giảm tốc với tỉ số truyền là 30. Encoder 300 xung/vòng dùng để đo vận tốc băng tải. Giải quyết vấn đề: Để động cơ hoạt động, ta phải có nguồn 24v. Ta thiết kế thêm phần 5v để cấp cho vi điều khiển khi cần. 3.2. Mạch nguồn 24v_5v được thiết kế như sau : Hình 3.1- Mạch nguồn 24v Vì IC ổn áp LM7824 chịu dòng tối đa là 0,5A nên là khuyến đại dòng bằng Transistor B688, điện trở R1 đóng vai trò tạo chêch áp chân E và chân B. Điện trở R1 được tính như sau : Tại thời điểm B688 không dẫn, thì dòng trên LM7824 : ĐỒ ÁN MÔN HỌC : THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ SVTH : TĂNG MÃ MINH – ĐÀO CÔNG THUẬN 8 I in =I out vậy để B688 dẫn khi dòng nhỏ hơn 0,5A thì V EB >0,7(v)  I in .R 1 >0,7  1 0,7 R = = 7( Ω) 0,1 Ta chọn dẫn khi dòng 0,1A và chọn điện trở 10(Ω) Hình 3.2- Mạch nguyên lý mạch nguồn 24v+5v Hình 3.3- Mạch nguồn 24v+5v ĐỒ ÁN MÔN HỌC : THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ SVTH : TĂNG MÃ MINH – ĐÀO CÔNG THUẬN 9 3.3. Mạch công suất : Ta điều khiển động cơ qua mạch công suất, ở đây sử dụng mạch cầu H : Hình 3.4- Mạch nguyên lý mạch cầu H Nếu sử dụng 4 MOSFET loại N, thì để MOSFET dẫn, điện áp chân G phải lớn hơn điện áp chân S ít nhất 3v. Xét 2 MOSFET phía trên, điện áp chân S là 24v, vậy để MOSFET dẫn thì điện áp chân G ít nhất phải 27v nên rất khó tạo điện áp này. Vì vậy, ta sử dụng 2 con MOSFET lọai P phía trên (IRF9540), 2 con MOSFET loại N phía dưới( IRF540). Các điện trở R1, R2, R3, R4 đóng vai trò là điện trở kéo lên và kéo xuống. Ta tách li mạch điện bằng 4 OPTO (TLP521). Hình 3.5- Mạch cầu H ĐỒ ÁN MÔN HỌC : THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ SVTH : TĂNG MÃ MINH – ĐÀO CÔNG THUẬN 10 Bảng logic mạch cầu H điều khiển động cơ : In 1 In 2 In 3 In 4 Động cơ 0 0 0 0 Tắt động cơ 1 0 0 1 Quay thuận 0 1 1 0 Quay nghịch 1 0 1 0 Thắng động lực 3.4. Mạch điều khiển : Ta điều khiển vận tốc băng tải bằng cách điều khiển tốc độ động cơ. Ta chọn phương án điều khiển bằng cách cấp xung, thay đổi tốc độ động cơ bằng cách thay đổi độ rộng xung (PWM). Vậy ta chọn vi điều khiển là PIC16F887, vi điều khiển này thông dụng, và có modul điều khiển động cơ bằng cách cấp xung PWM (Enhanced PWM). Hình 3.7- Sơ đồ chân PIC16F887 PIC16F887 có 3 timer, ta sử dụng timer0 dùng đếm thời gian lấy mẫu, timer1 dùng ở chế độ đếm để nhận xung encoder, timer2 dùng cho modul PWM. [...]... được thỏa yêu cầu SVTH : TĂNG MÃ MINH – ĐÀO CÔNG THUẬN 16 ĐỒ ÁN MÔN HỌC : THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Phụ lục Mạch điện mô phỏng bằng protues SVTH : TĂNG MÃ MINH – ĐÀO CÔNG THUẬN 17 ĐỒ ÁN MÔN HỌC : THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Layout mạch công suất Layout mạch nguồn SVTH : TĂNG MÃ MINH – ĐÀO CÔNG THUẬN 18 ĐỒ ÁN MÔN HỌC : THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Layout mạch điều khiển Chương trình cho vi điều khiển... 12 ĐỒ ÁN MÔN HỌC : THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ CHƯƠNG 4 : Mô phỏng bằng MATLAB và lưu đồ giải thuật 4.1 Sơ đồ động : Trong đó : (1) Động cơ điện và hộp giảm tốc (2) Khớp nối trục, băng tải (3) Cảm biến (encoder) (4) Bộ vi xử lý và điều khiển (5) Driver 4.2 Mô phỏng bằng MATLAB : Hình 4.1- Khối simulink Hình 4.2- Đồ thị đáp ứng SVTH : TĂNG MÃ MINH – ĐÀO CÔNG THUẬN 13 ĐỒ ÁN MÔN HỌC : THIẾT KẾ HỆ THỐNG...ĐỒ ÁN MÔN HỌC : THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Hình 3.8- Khối xuất PWM Giao tiếp máy tính bằng phướng thức giao tiếp nối tiếp bất động bộ (UARTUniversal Asynchronous Receiver Transmitter) Hình 3.9- Khối giao tiếp với máy tính Gắn thêm 3 biến trở để tinh chỉnh 3 thông số của bộ điều khiển PID SVTH : TĂNG MÃ MINH – ĐÀO CÔNG THUẬN 11 ĐỒ ÁN MÔN HỌC : THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Hình 3.10-... Quay thuận Sai Sai Nhập sai Func = “R” Đúng Quay nghịch Tính tóan PID, PWM, xuất PWM Kết thúc SVTH : TĂNG MÃ MINH – ĐÀO CÔNG THUẬN 14 ĐỒ ÁN MÔN HỌC : THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ CHƯƠNG 5 : Thực nghiệm và kết luận Kết quả thực nghiệm : Gửi giá trị từ máy tính và thông kế kết quả bằng đo thời gian cho băng tải chạy trong 10 vòng/lần đo Chiều dài băng tải là 450mm, từ đó ta tính được vận tốc Vận tốc mong... không cao Việc lắp ghép mô hình không chính xác Do nhễu tính hiệu điện Cách khắc phục : Sử dụng hàm nội suy tuyến tính : x là vận tốc mong muốn, y là vận tốc trung bình y = a.x+b Phương pháp bình phương cực tiểu, ta tìm đc a = 1,058055844, b = 0,1702597403 SVTH : TĂNG MÃ MINH – ĐÀO CÔNG THUẬN 15 ĐỒ ÁN MÔN HỌC : THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Kết quả kiểm nghiệm sau khi sử dụng hàm nội suy tuyến tính : Vận... MCLREN & LVPDIS & DUNPROTECT & BORDIS & IESODIS & FCMDIS & DEBUGDIS); #define _XTAL_FREQ #define D #define xung 300 #define tocdo 100 4000000 12 SVTH : TĂNG MÃ MINH – ĐÀO CÔNG THUẬN 19 ĐỒ ÁN MÔN HỌC : THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ unsigned char *ptr, n, i, enc, ADC1value, ADC2value, ADC3value, flag; char Re[6], buf[30],scr[16], func[1], num[4], delim[5] = ", "; float tocdoht, vtb, e_p, e_i, e_d, e_temp, Kp,... 0; TMR1H = 0; TMR0 = 6; T0IF = 0; ADC1value = getADC( 2 ); ADC2value = getADC( 3 ); ADC3value = getADC( 6 ); } //**********interrupt receive SVTH : TĂNG MÃ MINH – ĐÀO CÔNG THUẬN 20 ĐỒ ÁN MÔN HỌC : THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ if ( RCIE & RCIF ) { if (n==0) { strcpy( Re, "" ); } Re[n]=RCREG; n++; flag = 1; RCIF = 0; } } void main() { delay_ms(20); TRISB = 0x00; TRISE0 = 0; TRISE1 = 1; TRISE2 = 0; ANSEL... 2 ); LCD_PutStr( "Minh & Thuan" ); // clear screen // set line and offset on line while(1) { CalVantoc(); if(flag==1) { strcpy( func, "" ); SVTH : TĂNG MÃ MINH – ĐÀO CÔNG THUẬN 21 ĐỒ ÁN MÔN HỌC : THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ strcpy( num, "" ); ptr = strtok( Re, delim); strcpy( func, ptr); ptr = strtok( NULL, delim); strcpy(num, ptr); tocdomm = atoi( num ); } flag = 0; Cal_PID(); PWM = PWM + PID; if... scr, "%5.2f ", vtb ); //string format n = 0; LCD_SetPosition ( LINE_1 ); LCD_PutStr( " v=" ); LCD_PutStr( scr ); LCD_PutStr( "(mm/s)" ); } SVTH : TĂNG MÃ MINH – ĐÀO CÔNG THUẬN 22 ĐỒ ÁN MÔN HỌC : THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ } Nội dung thư viện config.h : void cfgTimer0(void); void cfgTimer1(void); void cfgTimer2(void); void cfgUART(void); void WriteUART( unsigned char data ); void WriteUART_str( unsigned... //reset register //perscaler //0=internal clock = 1; = 0; = 0; = 0; = 0; = 1; //enable interrupt timer 1 //reset interrupt flag //enable timer 1 SVTH : TĂNG MÃ MINH – ĐÀO CÔNG THUẬN 23 ĐỒ ÁN MÔN HỌC : THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ } void cfgTimer2( void ) { GIE = 1; PEIE = 1; TMR2IE = 0; TMR2IF = 0; TOUTPS0 = 0; TOUTPS1 = 0; TOUTPS2 = 0; TOUTPS3 = 0; T2CKPS0 = 1; T2CKPS1 = 1; PR2 = 249; TMR2ON = 1; } void . yêu cầu. ĐỒ ÁN MÔN HỌC : THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ SVTH : TĂNG MÃ MINH – ĐÀO CÔNG THUẬN 17 Phụ lục Mạch điện mô phỏng bằng protues ĐỒ ÁN MÔN HỌC : THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ SVTH. ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ    ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD. ĐỒ ÁN MÔN HỌC : THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ SVTH : TĂNG MÃ MINH – ĐÀO CÔNG THUẬN 12 Hình 3.10- Mạch nguyên lý của mạch điều khiển Hình 3.11- Mạch điều khiển ĐỒ ÁN MÔN HỌC : THIẾT