Thiết kế mô hình đóng chai tự động dùng PLC (full)

Đồ án môn học 2 GVHD: Ths Trần Văn Trinh CHƯƠNG I LÝ THUYẾT CÁC THÀNH PHẦN LIÊN QUAN 1/ Động cơ DC: Động cơ DC là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều. Động cơ điện một chiều ứng dụng rộng rãi trong các ứng dụng dân dụng cũng như công nghiệp. Thông thường động cơ điện một chiều chỉ chạy ở một tốc độ duy nhất khi nối với nguồn điện, tuy nhiên vẫn có thể điều khiển tốc độ và chiều quay của động 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 hoạt động với điện áp thấp, dùng với những tải nhỏ. Trong công nghiệp, động cơ điện một chiều được sử dụng ở những nơi yêu cầu moment mở máy lớn hoặc yêu cầu thay đổi tốc độ trong phạm vi rộng. ở đây ta chỉ nghiên cứu động cơ DC trong dân 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. Trang 1 Đồ án môn học 2 GVHD: Ths Trần Văn Trinh Stator bao gồm vỏ máy, cực từ chính, cực từ phụ, dây quấn phần cảm (dây quấn kích thích). Số lượng cực từ chính ảnh hưởng tới tốc độ quay. Đối với động 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 có rãnh để đặt các phần tử của dây quấn phần ứng. Điện áp một chiều được đưa vào phần ứng qua hệ thống chổi than – vành góp. Chức năng của chổi than – vành góp là để đưa điện áp một chiều và đổi chiều 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). − V : Điện áp phần ứng (V). − Ru: Điện trở phần ứng (Ohm). − W : tốc độ động cơ (rad/s). − M : moment động cơ (Nm). Trang 2 Đồ án môn học 2 GVHD: Ths Trần Văn Trinh − K: hằng số, phụ thuộc cấu trúc động cơ. 1.2 Nguyên lý hoạt động: Khi có một dòng điện chảy qua cuộn dây quấn xung quanh một lõi sắt, cạnh phía bên cực dương sẽ bị tác động bởi một lực hướng lên, trong khi cạnh đối diện lại bị tác động bằng một lực hướng xuống theo nguyên lý bàn tay trái của Fleming. Các lực này gây tác động quay lên cuộn dây, và làm cho rotor quay. Để làm cho rotor quay liên tục và đúng chiều, một bộ cổ góp điện sẽ làm chuyển mạch dòng điện sau mỗi vị trí ứng với 1/2 chu kỳ. Chỉ có vấn đề là khi mặt của cuộn dây song song với các đường sức từ trường. Nghĩa là lực quay của động cơ bằng 0 khi cuộn dây lệch 90 o so với phương ban đầu của nó, khi đó rotor sẽ quay theo quán tính. Tương tác giữa dòng điện phần ứng và từ thông kích thích tạo thành momen điện từ. Do đó phần ứng sẽ được quay quanh trục. 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 thông dụng 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) Trang 3 Đồ án môn học 2 GVHD: Ths Trần Văn Trinh 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 theo đường 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 (V AV ). Tỷ lệ phần trăm thời gian "on" trong một chu kỳ chuyển mạch 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% thì điện áp trung bình là 25V. V AV thay đổi từ V L đến V H tùy theo các độ rộng T on và T off 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. Trang 4 Đồ án môn học 2 GVHD: Ths Trần Văn Trinh - 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: 2.3.1. Băng tải bố NN • Cấu tạo Hình 1: Băng tải bố NN − Băng tải bố NN gồm nhiều sợi dọc /ngang đểu là Nylon, có các thành phần gồm: cao su mặt trên + lớp bố + cao su mặt dưới. Lớp bố của băng tải loại này duy trì sức căng cũng như tạo độ bền cho kết cấu băng tải, chịu lực nén và kéo tải, chịu nhiệt 100 0 C tới 600 0 C. • 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. Trang 5 Đồ án môn học 2 GVHD: Ths Trần Văn Trinh • Ứng dụng − Băng tải NN có đặc tính mềm dẻo, dai và hiện được coi là loại bố chịu lực phổ thông và có nhiều ưu điểm vượt trội. − Thường dùng để tải than, sỏi, đá (các cỡ), cát, quặng sắt, xi măng, than, gỗ… Không dùng để tải các vật liệu chịu nhiệt trên 600 0 C hoặc các bề mặt có chất dầu. − 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 Trang 6 Đồ án môn học 2 GVHD: Ths Trần Văn Trinh Hình 2: Băng tải con lăng − Băng tải có thể nâng lên hạ xuống để làm đổi hướng vận chuyển. − Dùng để vận chuyển các sản phẩm đã đóng thùng, có trọng lượng lớn. 2.3.3. Băng tải cáp thép • Cấu tạo − Băng tải lõi thép gồm nhiều lõi cáp thép được sắp xếp theo chiều dọc ở những khoảng cách từ 10 đến 15mm, lớp cáp thép này là phần chịu lực tải chính giữ cho băng tải luôn chạy đúng hướng bao quanh nó là lớp phủ cao su mặt trên và mặt dưới. − 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 Trang 7 Đồ án môn học 2 GVHD: Ths Trần Văn Trinh − 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. Trang 8 Đồ án môn học 2 GVHD: Ths Trần Văn Trinh − 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 Ta có: 2 1 1 2 θ θ = N N 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: Trang 9 Đồ án môn học 2 GVHD: Ths Trần Văn Trinh 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 ánh sáng 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, là encoder 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 với ánh sáng từ bộ phát ( thường là photodiotde hoặc phototransistor), 1 đĩa quang được khoét lỗ gắn trên trục quay đặt giữa bộ phát và thu, thông thường trục quay này 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. Trang 10 [...]... cơ bước hoạt động tương tự như động cơ đồng bộ, với từ trường quay tạo bởi hệ thống xung điện áp cấp tuần tự vào các dây quấn trên các cặp cực từ bố trí liên tiếp lân cận trên stator 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... có van phụ trợ Tác động bằng cơ TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU Đầu dò Cừ chặn bằng con lăn tác động 2 chiều Cừ chặn bằng con lăn tác động 1 chiều Lò xo Nút nhấn có rãnh định vị Tác động nam châm điện TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU Trực tiếp Trang 17 Đồ án môn học 2 GVHD: Ths Trần Văn Trinh Bằng nam châm điện và van phụ trợ Tác động theo hướng dân cụ thể Van đảo chiều có vị trí ‘không’ là loại van tác động bằng cơ – lò... B Đồ án môn học 2 GVHD: Ths Trần Văn Trinh Cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ biến đổi năng lượng khí nén thành năng lượng cơ học Cơ cấu chấp hành có thể chuyển động thẳng (xilanh) hoặc chuyển động quay (động cơ khí nén) 4.6.2 Xi lanh Xilanh tác dụng đơn - Áp lực khí nén chỉ tác động vào một phía của xilanh, phía còn lại do ngoại lực hay lò xo tác động - Một số loại xilanh tác động 1 chiều: a b Hình 24 Chiều... lớn − Bình khí nén có kích thước lớn, cồng kềnh − 5 Động cơ bước: Động cơ bước có thể xem là thiết bị điện cơ dùng biến đổi các xung điện áp thành các chuyển động cơ học liên tục 5.1 Các đặc tính cơ bản - Trục của động cơ quay theo từng bước liên tục khi có các xung điệu điều khiển được cung cấp theo một chuổi tuần tự thích hợp Trạng thái quay của trục động cơ quan hệ trực tiếp với chuổi xung cung cấp... 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’) Tác động bằng tay TÊN THIẾT BỊ Kí hiệu nút nhấn tổng quát KÍ HIỆU Nút bấm Tay gạt Bàn đạp Tác bằng khí nén TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU Trang 16 Đồ án môn học 2 GVHD: Ths Trần... 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... 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. .. 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... khí nén Hình 1.28: Ký hiệu và tên gọi của van đảo chiều Hình 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: TÊN THIẾT BỊ Van đảo chiều 2/2 KÍ HIỆU Van đảo chiều 4/2 Van đảo chiều 5/2 * Tín hiệu tác động: Trang 15 Đồ án môn học 2 GVHD: Ths Trần Văn Trinh Tín hiệu tác động vào van đảo chiều có 4 loại là: tác động bằng... 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 Trang 21 Đồ án môn học 2 GVHD: Ths Trần Văn Trinh - 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 . Đồ án môn học 2 GVHD: Ths Trần Văn Trinh CHƯƠNG I LÝ THUYẾT CÁC THÀNH PHẦN LIÊN QUAN 1/ Động cơ DC: Động cơ DC là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều. Động cơ điện một. 4 Trang 15 Đồ án môn học 2 GVHD: Ths Trần Văn Trinh 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. trợ Tác động bằng cơ TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU Đầu dò Cừ chặn bằng con lăn tác động 2 chiều Cừ chặn bằng con lăn tác động 1 chiều Lò xo Nút nhấn có rãnh định vị Tác động nam châm điện. TÊN THIẾT BỊ