BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN CƠ ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CỬA TỰ ĐỘNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ - - BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN CƠ ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CỬA TỰ ĐỘNG Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Văn A Tên thành viên nhóm: Trần Văn A 20170000 Lê Minh B 20170000 Nguyễn Văn C 20170000 Hà Nội- 2021 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH .6 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA 1.1 Lịch sử phát triển tự động hóa 1.1.1.Những phát triển ban đầu 1.1.2.Phát triển đại 12 1.2 Các hình thức tự động hóa 15 1.2.1.Tự động hóa cố định 16 1.2.2.Tự động hóa lập trình 17 1.2.3.Tự động hóa linh hoạt 19 1.3 Giới thiệu cửa tự động 20 1.4 Sơ lược bước thực .24 CHƯƠNG 2: ĐỀ XUẤT MƠ HÌNH CỬA TỰ ĐỘNG 25 2.1 Bảng linh kiện chi tiết cửa tự động 25 2.2 Mơ hình 3D cửa tự động .31 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 45 3.1 Cảm biến chuyển động HC-SR501 46 3.2 Công tắc hành trình 50 3.3 Relay -5V 51 3.4 Nguồn cấp cho cửa tự động 55 3.5 Sơ đồ khối cửa tự động .57 3.6 Nguyên lý hoạt động chế LỜI KẾT 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO .61 DANH MỤC HÌNH ẢN Hình 1 Dây truyền tự động hóa sản xuất tơ Hình Cối xay gió Hình Động nước 10 Hình Khung dệt Jacquard .12 Hình Tự động hóa sản xuất công nghiệp 15 Hình Các hình thức tự động hóa 18 Hình Cấu tạo cửa tự động .21 Hình Cửa tự động 21 Hình Cửa phân tự động 22 Hình 10 Cửa cổng tự động 23 Hình Mơ hình cửa tự động .32 YHình Miếng chắn cửa trước 33 Hình Cánh cửa 35 Hình 3 Bảng trọng lượng nhựa mica theo kích thước 35 Hình Phân tích lực kéo băng tải .36 Hình Phân tích lực tác động lên điểm A 39 Hình Động vàng 43 Hình Các chi tiết bên động vàng 44 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HĨA Tự động hóa - ứng dụng máy móc vào cơng việc thực người nhiệm vụ ngày tăng lên mà khơng có thiết bị tự động hóa giải pháp tự động hóa khơng thể thực được. Mặc dù thuật ngữ cơ giới hóa thường sử dụng để thay đơn giản sức lao động người máy móc, tự động hóa nói chung có nghĩa là tích hợp máy móc vào hệ thống tự quản. Tự động hóa cách mạng hóa lĩnh vực mà giới thiệu, có khía cạnh sống đại khơng bị ảnh hưởng Thuật ngữ tự động hóa đặt trong ngành cơng nghiệp tơ khoảng năm 1946 để mô tả việc sử dụng ngày nhiều thiết bị điều khiển tự động dây chuyền sản xuất giới hóa. Nguồn gốc từ DS Harder, một giám đốc kỹ thuật tại Ford Motor Company vào thời điểm đó. Thuật ngữ sử dụng rộng rãi trong bối cảnh sản xuất , áp dụng bên sản xuất liên quan đến nhiều hệ thống có thay đáng kể hoạt động cơ, điện máy tính cho nỗ lực trí tuệ người Hình Dây truyền tự động hóa sản xuất tơ Trong cách sử dụng chung, tự động hóa định nghĩa một công nghệ liên quan đến việc thực quy trình lệnh lập trình kết hợp với điều khiển phản hồi tự động để đảm bảo thực hướng dẫn. Hệ thống kết có khả hoạt động mà không cần can thiệp người. Sự phát triển công nghệ ngày phụ thuộc vào việc sử dụng máy tính cơng nghệ liên quan đến máy tính. Do đó, hệ thống tự động ngày trở nên tinh vi phức tạp. Các hệ thống tiên tiến thể mức lực hiệu suất vượt qua nhiều mặt khả người để hoàn thành hoạt động tương tự Cơng nghệ tự động hóa phát triển đến mức mà số công nghệ khác phát triển từ đạt cơng nhận vị riêng chúng. Công nghệ người máy-robot là cơng nghệ này; nó nhánh chun biệt tự động hóa, đó máy tự động sở hữu số đặc điểm định về nhân hình , giống người. Đặc điểm giống người điển hình cơng nghiệp đại với robot là cánh tay khí hỗ trợ 1.1 Lịch sử phát triển tự động hóa Cơng nghệ tự động hóa phát triển từ lĩnh vực liên quan đến cơ giới hóa , bắt đầu từ cuộc Cách mạng Cơng nghiệp. Cơ giới hóa đề cập đến việc thay sức người (hoặc động vật) sức mạnh học số dạng. Động lực thúc đẩy giới hóa thiên hướng của lồi người trong việc tạo cơng cụ thiết bị khí. Một số phát triển lịch sử quan trọng khí hóa tự động hóa dẫn đến hệ thống tự động đại mô tả 1.1.1 Những phát triển ban đầu Thời đầu tiên các công cụ làm đá đại diện cho nỗ lực người tiền sử nhằm hướng sức mạnh thể chất điều khiển của trí thơng minh người. Khơng nghi ngờ nữa, hàng nghìn năm yêu cầu cho phát triển thiết bị máy móc khí đơn giản bánh xe, địn bẩy rịng rọc, nhờ sức mạnh bắp người phóng đại. Sự mở rộng phát triển loại máy chạy lượng không cần đến sức người để vận hành Hình Cối xay gió Hình Động nước Ví dụ loại máy bao gồm bánh xe nước, cối xay gió thiết bị chạy nước đơn giản. Hơn 2.000 năm trước, người Trung Quốc phát triển búa ba chân(chày cối giã gạo) chạy nước chảy guồng nước. Những người Hy Lạp thử nghiệm với động phản ứng đơn giản cung cấp nước. Các đồng hồ khí , đại diện cho hệ phức tạp với riêng tích hợp nguồn lượng (cân nặng), phát triển từ 1335 châu Âu Cối xay gió, với chế tự động quay cánh buồm, phát triển từ thời Trung cổ châu Âu và Trung Đông . Các động nước đại diện cho bước tiến lớn phát triển máy phụ trợ đánh dấu khởi đầu Cách mạng công nghiệp. Trong suốt hai kỷ kể từ động nước Watt đời, động máy móc chạy lượng phát minh để lấy lượng từ nước, điện nguồn hóa chất, khí hạt nhân Mỗi phát triển lịch sử máy điện kéo theo yêu cầu ngày cao thiết bị điều khiển để khai thác sức mạnh máy. Các động Hình 4.11- Cơng tắc hành trình 3.3 Relay -5V Relay Kênh 5V gồm rơ le hoạt động điện áp 5VDC, chịu hiệu điện lên đến 250VAC 10A Relay kênh 5V thiết kế chắn, khả cách điện tốt Trên module có sẵn mạch kích relay sử dụng transistor IC cách ly quang giúp cách ly hoàn toàn mạch điều khiển (vi điều khiển) với rơ le bảo đảm vi điều khiển hoạt động ổn định Có sẵn header tiện dụng kết nối với vi điều khiển Relay kênh sử dụng chân kịch mức Thấp (0V), có tín hiệu 0V vào chân IN relay nhảy qua thường Hở Relay ứng dụng với relay module nhiều bao gồm điện DC hay AC Ứng Dụng: Dùng dòng điện nhỏ vi điều khiển, arduino, PLC để điều khiển thiết bị điện, đồ dùng điện hoạt động mức điên áp cao từ 0-30v DC, 0-250v DC điện sinh hoạt Thơng Số Kĩ Thuật: 1.Kích thước: 76mm (chiều dài) * 56mm (chiều rộng) * 18.5mm (H) Trọng lượng: 61g Màu sắc: Đỏ Có 4 lỗ để bắt vít cố định có đường kính 3.1mm, dễ dàng lắp đặt hệ thống mạch Opto cách li, chống nhiễu tốt Có đèn báo đóng ngắt Relay Sử dụng điện áp nuôi DC 5V Đầu điện thê đóng ngắt tối đa: DC 30V / 10A, AC 250V / 10A IN1,IN2,IN3,IN4: tín hiệu đầu vào, hoạt động mức thấp 10 NO1…NO4: Công tắc thường mở 3.4 Nguồn cấp cho cửa tự động Thiết bị Adapter có chức cung cấp nguồn điện thích hợp cho thiết bị điện tử hoạt động ổn định Ngồi ra, Adapter cịn sạc pin cho thiết bị mà điển hình quen thuộc Pin cho Laptop Tùy theo thiết kế, kích cỡ khác mà loại Adapter khác có mức cơng suất định Ví dụ mẫu máy tính xách tay với kích thước hình 14 inch tiêu thụ nguồn điện lớn 5A,7A 12A Đối với loại thiết bị nhỏ Smartphone, Camera quan sát Adapter có công suất khiêm tốn hơn, 1.5A hay 3.5A đủ Các thông số kỹ thuật Adapter:  Điện Áp: Đây điện áp thiết bị cần để sử dụng ổn định Từ nguồn điện cao áp hợp lý (AC) được biến đổi thành điện áp thấp (DV) để nạp vào pin hoặc cung cấp trực tiếp cho thiết bị hoạt động Ví dụ trên adapter camera Nhìn có thơng số:  Input: AC 100 – 220V, 1,5 A  Output: DC 5V, 1A Các thông số adapter sẽ chuyển đổi gốc vào AC thành nguồn ra DA Điều có nghĩa adapter hoạt động ổn định bạn cung cấp cho nó nguồn điện đầu vào khoảng 100 – 220V thành nguồn điện đầu ra phù hợp 20V lưu ý với thông số bạn cần lựa chọn adapter với gốc điện hợp lý phù hợp với pin thiết bị 20V Một adapter có gốc điện đầu DC thấp hay cao đều tác động k tốt đến tuổi thọ thiết bị như hỏng hóc phần cứng nặng gây cháy nổ thiết bị  Cường độ dịng điện: Thơng số cường độ dòng điện đo đơn vị Ampe(A) thể sức mạnh dòng điện để thiết bị hoạt động Một thiết bị có ghi 4,5A có nghĩa dịng điện đầu vào phải có cường độ đủ 4,5A đáp ứng Cường độ dịng điện chuẩn nguồn 220V thường 12A thiết bị sử dụng adapter phải có cường độ thấp số Trong đồ án nhóm định sử dụng Adapter thay loại pin thơng thường số lí sau đây:  Nguồn ổn định so với loại pin tiêu dùng, phù hợp với vật cố định khơng di chuyển nhiều mơ hình cửa thực tế  Nhỏ gọn, dễ sử dụng lắp đặt  Giá thành rẻ, phù hợp với công suất thiết kế đề tài 3.5 Sơ đồ khối cửa tự động Hình 4.17- Sơ đồ khối nguyên lí hoạt động cửa tự động Nhận tín hiệu điều khiển: Cảm biến chuyển động PIR nhận tín hiệu có người từ trước đến đầu dị, từ xuống từ lên theo hướng di chuyển phát tín hiệu 3.3v cho relay kích hoạt relay từ dựa vào cấu chấp hành kích hoạt cơng tắc hành trình Truyền tín hiệu điều khiển: Sử dụng mạch cầu H để đảo chiều động với công tắc hành trình kênh relay thay cho cơng tắc gửi tín hiệu từ khối điều khiển đến cấu chấp hành với output chiều quay động Cơ cấu chấp hành: Bộ phận động cơ, qua giảm tốc để tăng moment kéo áp dụng cấu căng đai để tạo nên chuyển động cánh cửa Khối điều khiển: Nhận tín hiệu từ cảm biến chuyển động gửi tín hiểu cho khối cấu chấp hành Nhiệm vụ khối: - Khối Nguồn: Cung cấp điện áp cho động cơ, cho relay để hoạt động, PIR - Khối xử lý: Nhận tín hiệu từ Input điều khiển động - Input: Nhận tín hiệu từ mơi trường truyền cho khối điều khiển - Output: Chiều quay động 3.6 Nguyên lý hoạt động chế: -Sơ mạch cầu H:  Mạch cầu H mạch công suất có nhiều ứng dụng việc điều khiển động DC động bước cặp cực.Thực chất có nhiều kiểu cầu H khác dùng cho đối tượng khác nhau.Sự khác chúng nằm khả điều khiển cầu H.Dòng , áp điều khiển lớn hay nhỏ , có điều tốc hay không,tần số xung PWM ảnh hưởng lớn tới việc chọn linh kiện làm cầu H Hình 4.18- Mạch cầu H  Một động mạch cầu H quay thuận quay nghịch Tùy thuộc vào việc bạn cắm cực âm hay cực dương cho động motor Ví dụ động có đầu A B Khi bạn nối cực A với cực dương (+) B với cực âm (-) Thì nguồn động quay theo chiều thuận theo kim đồng hồ Và ngược lại, A vào cực âm B vào cực dương motor quay nghịch Tương tự với nguyên lý hoạt động trên, ta đóng S1 S4 Là ta cho đầu A nối với cực dương B nối với cực âm nguồn Dòng điện chạy từ nguồn qua S1 qua động qua S4 mass làm động motor chạy theo chiều thuận  Chiều chạy dòng điện ngược lại ta đóng S2 S3, động quay nghịch  Qua ta thấy, mạch cầu H sử dụng để đảo chiều động -Nguyên lý: Hình 4.19 – Sơ đồ nguyên lý mạch  Sơ đồ nguyên lý mạch cầu H relay: Hình 4.20 – Nguyên lý mạch cầu H  Khi trạng thái bình thường kênh 3,4 mở (relay hoạt động chế độ kích hoạt mức thấp PIR cấp 3.3v khơng đủ làm tín hiệu cho chế độ mức cao)  kênh 1,2 đóng kết hợp cơng tắc kênh chế độ thông với thường hở  động dừng  Khi có tín hiệu từ PIR, relay kênh 3,4 đóng  kênh 1,2 kích hoạt  động quay thuận  cấu chấp hành  cơng tắc hành trình  động quay ngưọc -Cơ chế:  Cảm biến PIR hoạt động với chế độ H – chế độ lặp lại – điện áp tự động giữ ngun 3.3v khơng cịn chuyển động Vì độ nhiễu cao dựa theo nhu cầu mơ hình điều chỉnh khoảng cách phát chế độ ( 3m) cảm biến hoạt động tốt khoảng cách ( 0.5-1m)  Mạch cầu H sử dụng để đảo chiều động (OUTPUT) với relay cơng tắc hành trình thay cho công tắc  Cơ cấu căng đai tạo chuyển động cánh cửa chế kích hoạt cơng tắc:  Khi cửa đóng  cơng tắc thường hở cơng tắc đóng  Khi có tín hiệu  cơng tắc thường đóng cơng tắc thường đóng  Khi cửa mở đến vị trí cơng tắc  cơng tắc thường đóng cơng tắc hở Kết thành phẩm: LỜI KẾT Trên báo cáo đồ án tốt nghiệp Thiết kế cửa tự động chúng em Đây đề tài có tính thực tế cao, thời đại cơng nghiệp hóa tự động hóa, phần lớn công việc đơn giản gây lãng phí nhiều thời gian thay máy móc tự động, giúp cho người tối ưu hóa thời gian thân Tuy khơng phải dự án có tính phức tạp cao chúng em nhận thấy với thực dụng dự án lần với việc hệ thống phổ biến, gặp nhiều nơi khơi dậy tinh thần học hỏi, hứng thú người mơn, qua rèn luyện, nâng cao kỹ thân Như đồ án tốt nghiệp chúng em tìm hiểu cách xây dựng mơ hình cửa, từ tính tốn thiết kế hệ thống khí đến xây dựng hệ thống điều khiển dựa khí cụ điện mà không cần sử dụng đến vi điều khiển hay PLC Cơng mà chúng em hồn thành bao gồm: - Tìm hiểu tổng quan tự động hóa - Giới thiệu cửa tự động ứng dụng cửa tự động đời sống - Xây dựng mơ hình cửa tự động phần mềm mơ (SolidWorks, AutoCad) - Tính tốn thơng số khí, lựa chọn kích thước vật liệu động phù hợp - Tìm hiểu ngun lí hoạt động vận dụng số linh kiện điện tử để xây dựng mơ hình - Xây dựng sơ đồ khối sơ đồ nguyên lí hoạt động Qua đề tài em biết cách vận dụng kiến thức chuyên môn đào tạo trường thời gian qua vào với thực tế sống với công nghiệp Không qua đồ án chúng em học nhiều kĩ làm việc nhóm, giải vấn đề, tìm tài liệu, viết báo cáo… có ích cho sau Một lần chúng em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn tận tình thầy … Cùng thầy mơn giúp chúng em hồn thành đề tài Do giới hạn thời gian kiến thức đồ án này, chúng em giải số vấn đề việc thiết kế mơ hình cửa tự động Tuy nhiên, ngồi cịn nhiều vấn đề cần phải giải khắc phục để trở thành sản phẩm hoàn thiện áp dụng tốt, phục vụ tốt sống nói chung ngành nơng nghiệp nước nhà nói riêng chúng em vui mừng mong muốn quý thầy cô bạn đóng góp ý kiến để đề tài hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách giáo trình, giảng [1] Andreas Hölldorfer, BCN3D-MOVEO, github.com/BCN3D/BCN3DMoveo [2] GS TSKH Nguyễn Thiện Phúc, Robot công nghiệp, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2006