Tìm hiểu tính năng và cách sử dụng vi điều khiển Arduino. Nguyên cứu cấu tạo, nguyên lý hoạt động các động cơ và các thiết bị trong tủ điện. Thiết kế và chế tạo tủ điện điều khiển các loại động cơ nhằm phục vụ cho môn học PLC, Vi điều khiển… Viết chƣơng trình điều khiển các loại động cơ theo yêu cầu bài toán dùng PLC, Vi điều khiển bằng ngôn ngữ Ladder và C++. Kết quả đã đạt đƣợc trong quá trình thực hiện đề tài: Đã chế tạo đƣợc tủ điện phức hợp điều khiển các loại động cơ có công suất nhỏ và lớn dùng PLC và Vi điều khiển. Viết một số chƣơng trình điều khiển các loại động cơ phục vụ giảng dạy bằng ngôn ngữ Ladder và C++ sử dụng cho PLC và Vi điều khiển. Đã
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ, CHẾ TẠO TỦ ĐIỆN PHỨC HỢP PHỤC VỤ GIẢNG DẠY Họ tên sinh viên: PHẠM CÔNG TẤN Ngành: CƠ ĐIỆN TỬ Niên khố: 2011-2015 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2015 THIẾT KẾ CHẾ TẠO TỦ ĐIỆN PHỨC HỢP PHỤC VỤ GIẢNG DẠY TÁC GIẢ PHẠM CƠNG TẤN Khóa luận đƣợc đệ trình đề để đáp ứng yêu cầu cấp Kỹ sƣ chuyên ngành Cơ Điện Tử Giảng viên hƣớng dẫn: Th.S ĐÀO DUY VINH Tháng 06 năm 2015 i LỜI CẢM ƠN Em xin trân trọng cám ơn tất quý Thầy, Cô trƣờng Đại Học Nơng Lâm Tp Hồ Chí Minh q Thầy, Cơ khoa Cơ khí – Cơng nghệ trang bị cho em kiến thức quý báu trình học tập trƣờng Em xin chân thành cám ơn Thầy, Cô môn Cơ điện tử hƣớng dẫn, giúp đỡ em tận tình trình em làm đề tài Em xin chân thành cảm ơn thầy Đào Duy Vinh dành nhiều thời gian cơng sức, quan tâm theo dõi, tận tình hƣớng dẫn, động viên nhắc nhở em hoàn thành tốt luận văn Em xin cảm ơn quý thầy cô hội đồng dành thời gian nhận xét góp ý để luận văn em đƣợc hoàn thiện Qua đây, em xin gửi lời cám ơn đến ngƣời thân nhƣ bạn bè động viên, ủng hộ tạo cho em điều kiện thuận lợi q trình hồn thành Luận văn tốt nghiệp TPHCM, ngày 24 tháng 06 năm 2015 Sinh viên thực Phạm Cơng Tấn ii TĨM TẮT Đề tài nghiên cứu “THIẾT KẾ, CHẾ TẠO TỦ ĐIỆN PHỨC HỢP PHỤC VỤ GIẢNG DẠY” đƣợc thực trƣờng Đại Học Nơng Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh, thời gian từ tháng đến tháng năm 2015 Với tầm quan trọng “học đôi với hành” giúp sinh viên nắm rõ cấu tạo nguyên lý hoạt động động sử dụng việc học ứng dụng thực tế Đồng thời góp phần cố kiến thức đƣợc học, sinh viên thực đề tài “THIẾT KẾ, CHẾ TẠO TỦ ĐIỆN PHỨC HỢP PHỤC VỤ GIẢNG DẠY” dùng PLC vi điều khiển Arduino với nội dung sau: Tìm hiểu tính cách sử dụng vi điều khiển Arduino Nguyên cứu cấu tạo, nguyên lý hoạt động động thiết bị tủ điện Thiết kế chế tạo tủ điện điều khiển loại động nhằm phục vụ cho môn học PLC, Vi điều khiển… Viết chƣơng trình điều khiển loại động theo yêu cầu toán dùng PLC, Vi điều khiển ngôn ngữ Ladder C++ Kết đạt đƣợc trình thực đề tài: Đã chế tạo đƣợc tủ điện phức hợp điều khiển loại động có cơng suất nhỏ lớn dùng PLC Vi điều khiển Viết số chƣơng trình điều khiển loại động phục vụ giảng dạy ngôn ngữ Ladder C++ sử dụng cho PLC Vi điều khiển Đã đƣợc giảng dạy thành công môn thực hành PLC giúp sinh viên tiếp cận với thực tế iii MỤC LỤC Trang THIẾT KẾ CHẾ TẠO TỦ ĐIỆN PHỨC HỢP PHỤC VỤ GIẢNG DẠY i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT iii MỤC LỤC iv DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT viii DANH SÁCH CÁC BẢNG ix DANH SÁCH CÁC HÌNH x Chƣơng MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Giới hạn đề tài Chƣơng TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan tủ điện thực hành thị trƣờng 2.2 Mạch vi điều khiển Arduino 2.2.1 Sơ đồ Arduino Uno 2.2.2 Thông số kỹ thuật Arduino 2.2.3 Một số ứng dụng Arduino 2.3 Khởi động từ 2.3.1 Cấu tạo khởi động từ 2.3.2 Nguyên lý hoạt động khởi động từ iv 2.3.3 Thông số kỹ thuật khởi động từ 2.3.4 Lựa chọn khởi động từ 2.3.5 Ứng dụng khởi động từ 2.4 Động AC pha 2.4.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động động AC pha 2.4.2 Thông số kỹ thuật động AC pha 10 2.4.3 Phƣơng pháp điều khiển động AC pha 10 2.4.4 Một số ứng dụng động AC pha 11 2.5 Động AC pha 11 2.5.1 Cấu tạo động AC pha 11 2.5.2 Nguyên lý hoạt động động AC pha 12 2.5.3 Thông số kỹ thuật động AC pha 12 2.5.4 Một số ứng dụng động AC pha 13 2.6 Động DC 13 2.6.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động động DC 13 2.6.2 Thông số kỹ thuật động DC 14 2.6.3 Phƣơng pháp điều khiển động DC 14 2.6.4 Một số ứng dụng động DC 14 2.7 Động Servo 15 2.7.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động Servo 15 2.7.2 Thông số kỹ thuật động Servo 15 2.7.3 Phƣơng pháp điều khiển động Servo 16 2.7.4 Một số ứng dụng động Servo 17 v 2.8 Động bƣớc 17 2.8.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động động bƣớc 17 2.8.2 Thông số kỹ thuật động bƣớc 18 2.8.3 Phƣơng pháp điều khiển động bƣớc 18 2.8.4 Một số ứng dụng động bƣớc 18 2.9 Bộ truyền vít me – đai ốc 19 2.10 Công tắc hành trình 20 2.11 Mạch cầu H modul LM298 20 Chƣơng NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22 3.1 Đối tƣợng nghiên cứu 22 3.2 Thiết bị nghiên cứu 22 3.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 22 Chƣơng KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 23 4.1 Thiết kế mơ hình tủ điện phức hợp phục vụ giảng dạy 23 4.4.1 Bản vẽ thiết kế khung tủ điện phức hợp phục vụ giảng dạy 23 4.4.2 Bản vẽ thiết kế khu vực điều khiển tủ điện phức hợp phục vụ giảng dạy 24 4.2 Mạch nguồn 5V, 12V 25 4.3 Mơ hình tủ điện sau hoàn thành 26 4.4 Dùng mạch điện ON/OFF để điều khiển động AC pha, AC pha 26 4.4.1 Điều khiển theo hành trình 26 4.4.2 Điều khiển theo thời gian 28 4.5 Một số tập ví dụ ứng dụng thực hành PLC 31 4.5.1 Dùng PLC điều khiển động AC pha, AC pha, DC theo 31 vi 4.5.1.1 Điều khiển động AC pha pha 31 4.5.1.2 Điều khiển động DC 34 4.6 Một số tập ví dụ ứng dụng thực hành VĐK 35 4.6.1 Dùng VĐK điều khiển động AC pha, Servo, DC, Bƣớc 35 4.6.1.1 Điều khiển động AC pha 35 4.6.1.2 Điều khiển động Servo 37 4.6.1.3 Điều khiển động DC 39 4.6.1.4 Điều khiển động bƣớc 43 Chƣơng KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 46 5.1 Kết luận 46 5.2 Đề nghị 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 vii DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT AC: Alternating Current DC: Direct Current PLC: Programmable Logic Controller PWM: Pulse Width Modulation VĐK: Vi điều khiển CTHT: Công tắc hành trình viii DANH SÁCH CÁC BẢNG Trang Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật Arduino Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật động pha không đồng 10 Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật động AC pha 12 Bảng 2.4: Thông số kỹ thuật động DC 14 Bảng 2.5: Bảng chân trị mạch logic cho driver L298 21 ix K1,K2: Khởi động từ ; RK1,RK2: Rơle ; SW1,SW2,SW3: Nút nhấn ; Ngõ vào: I0.0,I0.1,I0.2 nối với SW1,SW2,SW3 ; Ngõ ra: Q0.0,Q0.1 nối với chân kích rơle RK1, RK2 Hình 4.15: Sơ đồ mạch động lực sơ đồ mạch liên kết rơle với khởi động từ Chƣơng trình ladder cho PLC: Hình 4.16: Chương trình Ladder điều khiển động pha, pha 33 4.5.1.2 Điều khiển động DC Bài tập ví dụ : Nhấn nút điều khiển động quay thuận Nhấn nút điều khiển động quay nghịch Nhấn nút động dừng hoạt động Sơ đồ mạch liên kết điều khiển động DC: Hình 4.17: Sơ đồ mạch liên kết điều khiển động DC Chƣơng trình Ladder cho PLC: Hình 4.18: Chương trình Ladder điều khiển động DC 34 4.6 Một số tập ví dụ ứng dụng thực hành VĐK 4.6.1 Dùng VĐK điều khiển động AC pha, Servo, DC, Bƣớc 4.6.1.1 Điều khiển động AC pha Bài tập ví dụ 1: Nhấn nút động chạy chiều kim động hồ sau 5s động dừng Lƣu đồ giải thuật điều khiển động AC pha: Bắt đầu Nhập t1 S Nút nhấn =1? Rơle = 1? Đ Động quay thuận S t>=t1? Đ Động dừng Đ Kết thúc S Dừng Hình 4.19: Lưu đồ giải thuật điều khiển động AC pha Sơ đồ mạch liên kết điều khiển động AC pha: 35 Hình 4.20: Sơ đồ mạch liên kết điều khiển động AC pha dùng VĐK Chƣơng trình VĐK: int pinButton = 8; int Relay = 2; int stateRelay = LOW; int stateButton; int previous = LOW; long time = 0; long debounce = 500; int stayON = 5000; void setup() { pinMode(pinButton, INPUT); pinMode(Relay, OUTPUT);} void loop() { stateButton = digitalRead(pinButton); if(stateButton == HIGH && previous == LOW && millis() - time > debounce) { 36 if(stateRelay == HIGH){ digitalWrite(Relay, LOW); } else { digitalWrite(Relay, HIGH); delay(stayON); digitalWrite(Relay, LOW); } time = millis(); } previous == stateButton;} 4.6.1.2 Điều khiển động Servo Bài tập ví dụ: Điều khiển động servo quay thuận nghịch theo giá trị gốc, quay thời gian 15s lặp lại vòng quay vòng tăng thêm 1° Sơ đồ mạch liên kết VĐK với động Servo: Hình 4.21: Sơ đồ mạch liên kết VĐK với động Servo Lƣu đồ giải thuật điều khiền động Servo: 37 Bắt đầu Nhập t1,t2 0=pos=t1? Đ S 180=pos>=1 pos -=1 Đ Servo quay nghịch S t>=t2? Đ Hình 4.22: Lưu đồ giải thuật điều khiền động Servo Chƣơng trình VĐK: #include Servo myservo; Int pos = 0; Void setup(){ Myservo.attach(9);} Void loop(){ 38 For(pos = 0;pos=1;pos-=1) { Myservo.write(pos); Delay(15);}} 4.6.1.3 Điều khiển động DC Bài tập ví dụ: Nhấn nút động quay thuận đụng CTHT2(cơng tắc hành trình 2) động dừng Nhấn nút sau thời gian 5s động quay nghịch đụng CTHT1(cơng tắc hành trình 1) động dừng Sơ đồ ngun lý VĐK với mạch cơng suất: Hình 4.23: Sơ đồ nguyên lý VĐK với mạch công suất Lƣu đồ giải thuật điều khiển động DC: 39 Bắt đầu Nhập t1 S Nút 1=1? Đ Động quay thuận S CTHT2=1? Đ Động dừng S S Nút 2=1? Đ t>=t1? Đ Động quay nghịch S CTHT1=1? Đ Động dừng S Kết thúc Đ Dừng Hình 4.24: Lưu đồ giải thuật điều khiển động DC CTHT1: cơng tắc hành trình 40 CTHT2: cơng tắc hành trình Nút 1: Nút nhấn khởi động Nút 2: Nút nhấn điều khiển quay nghịch Bắt đầu chƣơng trình ta thiết lập thời gian t1 cho hệ thống, Thời gian t thời gian tính từ động DC quay thuận đụng CTHT2(công tắc hành trình 2) động DC dừng Khi thiết lập thời gian t1 cho hệ thống ta tiến hành nhấn nút Nếu nút 1=1 động DC quay thuận CTHT2( cơng tắc hành trình 2) đƣợc chạm động DC dừng Lúc thời gian t đƣợc đếm Động DC đƣợc quay nghịch nhƣ thời gian t lớn thời gian t1 ta nhấn nút CTHT1(cơng tắc hành trình 1) đƣợc chạm dừng động đồng thời Reset thời gian t Kiểm tra xem có muốn tiếp tục hay kết thúc chƣơng trình Nếu tiếp tục chƣơng trình ta quay lại lúc bắt đầu Chƣơng trình VĐK: unsigned long time; unsigned long tg; const int m1 = 7; const int m2= 8; int thuan=1; int nghich=1; void setup() { pinMode(3,INPUT_PULLUP); pinMode(4,INPUT_PULLUP); pinMode(5,INPUT_PULLUP); pinMode(6,INPUT_PULLUP); time = millis(); Serial.begin(9600); 41 } void loop() { if (tg>30000) { nghich=LOW; } else { nghich = digitalRead(6);} tg=(millis()-time); int ctht1 = digitalRead(3); int ctht2 = digitalRead(4); int thuan=digitalRead(5); if (ctht2!=LOW) {if(ctht1==LOW) {if(thuan==LOW) {digitalWrite(m1,HIGH); digitalWrite(m2,LOW); Serial.println("chay thuan"); } else { digitalWrite(m1,LOW); digitalWrite(m2,LOW); time=millis(); Serial.println("dung 1"); }}} if(ctht2==LOW) { if(ctht1!=LOW) { 42 if(nghich==LOW) { digitalWrite(m1,LOW); digitalWrite(m2,HIGH); digitalWrite(7,HIGH); thuan=1; Serial.println("chay nghich"); } else { digitalWrite(m1,LOW); digitalWrite(m2,LOW); thuan=1; Serial.println("dung 2"); }}}} 4.6.1.4 Điều khiển động Bƣớc Bài tập ví dụ: Nhấn nút động quay thuận vòng sau thời gian 5s động quay nghịch vòng Sơ đồ mạch liên kết điều khiển động bƣớc: Hình 4.25: Sơ đồ mạch liên kết VĐK với ULN2003A động bước 43 Lƣu đồ giải thuật điều khiển động bƣớc: Bắt đầu Nhập t1 S Nút 1=1? Đ Động quay thuận S t>=t1? Đ Động quay nghịch S Kết thúc Đ Dừng Hình 4.26: Lưu đồ giải thuật điều khiển động bước Chƣơng trình VĐK: #include in1=8; int in2=9; int in3=10; int in4=11; int nut1=2; Stepper myStepper(64,in1,in2,in3,in4); void setup() { pinMode(in1,OUTPUT); 44 pinMode(in2,OUTPUT); pinMode(in3,OUTPUT); pinMode(in4,OUTPUT); pinMode(nut1,INPUT_PULLUP); } void loop(){ int n1=digital Read(nut1); if (n1== HIGH){ Serial.println("cung chieu"); myStepper.setSpeed(240); myStepper.step(2048); delay(2000); Serial.println("nguoc chieu"); myStepper.setSpeed(60); myStepper.step(-2048); delay(1000);}} 45 Chƣơng KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 5.1 Kết luận Sau 10 tuần thực đề tài với hƣớng dẫn tận tình thầy Th.s Đào Duy Vinh Đề tài “THIẾT KẾ, CHẾ TẠO TỦ ĐIỆN PHỨC HỢP PHỤC VỤ GIẢNG DẠY” đƣợc hoàn thành thời gian quy định Đề tài đạt đƣợc số nôi dung sau: Khảo sát số mơ hình phục vụ giảng dạy trƣờng Đại Học Thiết kế, chế tạo tủ điện phức hợp điều khiển đƣợc đa số loại động đƣợc sử dụng thị trƣờng Xây dựng số mẫu tập phục vụ thực hành môn PLC, Vi Điều Khiển Thiết lập số mạch nguyên lý cách điều khiển tƣơng ứng nhiều loại động thí nghiệm 5.2 Đề nghị Sau thời gian thực hoàn thành đề tài, sinh viên thực nhận thấy đề tài tồn nhiều hạn chế Để đề tài phong phú sinh động hơn, sinh viên thực đề tài đề nghị: Vì kinh phí eo hẹp, đề nghị cải tiến thiết bị điều khiển đại hơn, thiết kế mơ hình tủ điện phức hợp hồn thiện Đề nghị nhân rộng thêm mơ hình phục vụ cho sinh viên thực tập mơn học 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt: [1] Đặng Văn Đào – Lê Văn Doanh, KỸ THUẬT ĐIỆN, Nhà Xuất Giáo dục 2007 [2] Nguyễn Thị Phƣơng Hà, LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG, Nhà Xuất đại học quốc gia [3] Phạm Văn Chới – Bùi Tín Hữu – Nguyễn Tiến Tơn, KHÍ CỤ ĐIỆN, Nhà Xuất Khoa học kỹ thuật [4] Trần Thanh Hà, ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA VÀ MỘT PHA CÔNG SUẤT NHỎ, Nhà Xuất Khoa học – Kỹ thuật Hà Nội 2002, 291 trang [5] Ts.Nguyễn Quang Hùng – Ks.Trần Ngọc Bình, ĐỘNG CƠ BƢỚC KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ ỨNG DỤNG, Nhà Xuất Khoa học – Kỹ thuật Hà Nội [6] Vũ Quang Hồi, KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN, Nhà Xuất Giáo dục Tài liệu tiếng anh: [7] Michael Margolis, ARDUINO COOKBOOK, 2011, 637 trang [8]SEIMENS, S7-200 PROGRAMMABLE CONTROLLER SYSTEM MANUAL, 2003 47 ... vẽ thiết kế khung tủ điện phức hợp phục vụ giảng dạy 23 4.4.2 Bản vẽ thiết kế khu vực điều khiển tủ điện phức hợp phục vụ giảng dạy 24 4.2 Mạch nguồn 5V, 12V 25 4.3 Mơ hình tủ điện. .. khung tủ điện phức hợp phục vụ giảng dạy 23 Hình 4.2: Khu vực điều khiển tủ điện phức hợp phục vụ giảng dạy 24 Hình 4.3: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn 25 Hình 4.4: Mơ hình tủ điện phức. .. PLC Vi điều khiển Đã đƣợc giảng dạy thành công môn thực hành PLC giúp sinh viên tiếp cận với thực tế iii MỤC LỤC Trang THIẾT KẾ CHẾ TẠO TỦ ĐIỆN PHỨC HỢP PHỤC VỤ GIẢNG DẠY i LỜI CẢM ƠN