4. Phương pháp nghiên cứu
3.6.4. điều chế PWM ứng dụng ựiều khiển số trong mô hình cửa ựộng mở
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 49
3.7. Tắnh chọn máy biến áp.
Máy biến áp cần cung cấp ựủ các nguồn như sau:
động cơ: Cần 3 mức ựiện áp 4V; 6V; và 9V; một chiều và có lọc → nguồn từ biến áp là 3,5V; 5V và 7,5V.
PLC cần 12V và 24V một chiều có lọc → nguồn từ biến áp là 9,5V và 19V Theo trên ta cần các nguồn ựiện áp là: 5V, 12V,24V mà ựiện áp lưới là 220V. Vì vậy cần phải thiết kế máy biến áp ựể thực hiện nhiệm vụ hạ áp cho bộ nguồn và giúp cách ly giữa ựiện áp lưới với ựiện áp mạch ựiều khiển.
Từ thông số ựộng cơ truyền ựộng: P = 25W; Uựm = 24V Ta có ựược Iựm = P/ Uựm = 25/ 24 = 1,042 (A)
Biến áp cấp nguồn cho mạch lực và cho mạch ựiều khiển có thể sử dụng chung một cuộn sơ cấp. Do ựó ta thiết kế máy biến áp với một cuộn sơ cấp và các cuộn thứ cấp:
- Cuộn +24V và - 24V lấy một ựầu ra trung tắnh cấp ựiện áp cho mạch lực có công suất P21 xấp xỉ công suất của ựộng cơ 25W.
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 50 - Cuộn thứ cấp quấn 15V qua cầu chỉnh lưu ựiot 5A lấy nguồn làm nguồn nuôi cho rơ le, sơ cấp của cách li quang, biến trở VR, ựiện áp Uựk.
- Công suất cuộn 15V là P22 = 15. 1,042 = 15,63 (W)
điện áp Uựk là tắn hiệu ựiều chế ựộ rộng xung nên cần ựộ chắnh xác cao, ựể nâng cao ựộ bằng phẳng ựiện áp ta sử dụng IC 7805, tụ hóa C2 = 2200 ộF lọc nguồn trước ổn áp, tụ C3 = 10ộF lọc nguồn sau ổn áp.
Cuộn thứ cấp 5V cấp nguồn cho IC logic P23 = 5.0,5 = 2,5(W) Tổng công suất máy biến áp nguồn:
P = 2P21 + P22 + P23 = 2.225 + 15,63 + 2,5 = 68,13 (W) Dòng sơ cấp máy biến áp:
I1 = P/U = 68,13/ 220 = 3,41 (A) Tiết diện lõi thép mạch từ: S = k
Như vậy ta chọn lừi thộp cú tiết diện S = 10 cm2 làm bằng thép kỹ thuật ựiện dày 0,35 mm gồm cỏc lỏ hình chữ E và chữ I ghép lại với nhau.
Theo công thức kinh nghiệm: n0 = k/ s với k là hệ số máy biến áp lấy từ 40 ọ 60
Chọn hệ số máy biến áp k = 50 ta có: no = 50/ 9,91 = 5,04 Số vòng cuộn dây sơ cấp cần cuốn là:
W1 = no.2U1= 5,5.2,24 = 264 (vòng) W2 = no. U2 = 5,5.12 = 66 (vòng) W2 = no. U3 = 5,5 .5 = 27,5 (vòng)
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 51 ~ 220V 24 V - 24V C1 5V C1 C2 7805 M GND
Hình 3.10. Sơ ựồ máy biến áp.
Lõi biến áp hình chữ E.
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 52
3.8. Cảm biến.
Cảm biến (sensor) là các thiết bị thu tắn hiệu ựầu vào dưới dạng quang âm thanh, hồng ngoại, từ trườngẦ Sau ựó phát tắn hiệu ở ựầu ra truyền tới bộ ựiều khiển chương trình hoặc hệ thống ựiều khiển logic.
Có nhiều loại cảm biến: Cảm biến hồng ngoại, cảm biến từ, v.v...
3.8.1. Cảm biến hồng ngoại. a. đặc ựiểm.
Cảm biến hồng ngoại cho phép ựo những vật thể có nhiệt ựộ khác nhau ở môi trường xung quanh trong khoảng vài mét mà không cần tiếp xúc trực tiếp như cảm biến nhiệt ựộ.
Hiện nay, các bộ thu hồng ngoại ựược chế tạo từ vật liệu Pyrolec Tiric cho phép biến ựổi các bức xạ hồng ngoại thành các xung lưỡng cực, gây ra ựiện tắch ngoài của các vật liệu. Bề mặt của ựiện cực và của chất ựiện môi cấu tạo cảm biến hình thành một tụ ựiện. Tắn hiệu tạo thành từ cảm biến tỷ lệ với cường ựộ bức xạ hồng ngoại tác ựộng.
Các vật liệu Porelectric loại tinh thể ựơn như LiTa03 , LiNb03 , TGS, thường ựược sử dụng ựể chế tạo cảm biến thu hồng ngoại. Vật liệu khác như Polyme-PVDF cũng ựược sử dụng rộng rãi do giá thành rẻ và sử dụng ựơn giản. Trong cảm biến thu thường có phản xạ gương cầu, cho phép tập trung tia hồng ngoại và bộ thu ựặt ở tiêu cự gương cầu.
Các cảm biến hồng ngoại có các ựặc trưng ựiển hình sau: điện thế làm việc: Ub = 4,5V
Tắn hiệu ra: Ura = 1,1V Công suất tiêu tán: P = 0,18 mW
điện trở ra: R = 2,2 kΩ
Khoảng cách thu nhận cực ựại: 7m
b. Sơ ựồ nguyên lý làm việc của cảm biến hồng ngoại.
- đầu phát (ựiot phát quang).
đèn phát D1 hoạt ựộng nhờ các xung của mạch phát xung IC1 (LM555). Nguyên lý làm việc của mạch phát xung IC1.
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 53 Giả sử ban ựầu chân 3 của IC có mức logic là 1 thì transistor T bị khoá. Khi tụ C ựược nạp ựiện thông qua biến trở VR1 và ựiện trở R1. Khi ựiện áp tụ ựiện tới giá trị 2/3 ựiện áp nguồn thì ựầu ra của bộ so sánh upper có mức logic là 0. Do ựó, ựầu ra của FF (Flip- Flop) có mức logic là 1, transistor T ngắn mạch tụ ựiện C1 nối ựất thông qua R1. đầu ra chân 3 của IC chuyển sang mức logic 0. Khi ựộ phóng ựiện của tụ C1 giảm xuống giá trị 1/3 ựiện áp nguồn thì ựầu ra của bộ so sánh lower có mức logic 0 làm cho ựầu ra của FF trở về mức 0. Khi ựầu ra chân 3 của IC555 có mức logic 1 thông qua ựiện trở R ựặt tắn hiệu ựiều khiển lên cực bazơ của bóng khuyếch ựại T1 (D468) làm cho nó mở dẫn dòng. điện từ nguồn thông qua T1 qua R3 ựặt lên cực anốt của ựèn phát D1 làm cho D1 phát ra tia hồng ngoại.
- đầu thu (tranzitor quang loại NPN).
đèn thu D2 hoạt ựộng nhờ các tia hồng ngoại bên D1 phát ra, khi có tia hồng ngoại D2 thông dẫn dòng, thông qua IC2 (opo 7) tắn hiệu ựược khuyếch ựại, tắn hiệu khuyếch ựại này tiếp tục ựược khuyếch ựại qua IC khuyếch ựại lối ra IC3 (opo 7) qua khâu sửa xung (C5 và R12) cuối cùng xung qua tầng ngưỡng cảnh báo Ic4 và tắn hiệu ựược ựưa ra ựầu ra (out).
Các thông số: R1=2,2 kΩ, R2 = 5,6 kΩ, R2 = 100 kΩ, R4 =4,7 kΩ, R5 = 22 kΩ R6= 1 kΩ, R7 = 10 kΩ, R8 =1 kΩ, R9=10 kΩ, R10 = 1 kΩ R11=1 kΩ, R12=10 kΩ, R13=47 kΩ, R14 = 470 kΩ, R15=10 kΩ R16 = 10 kΩ VR1=100K, VR2=20K, VR3=1K C1= 0,1ộF, C2= 0,1ộF, C3= 47pF, C4= 100ộF, C5= 0,1ộF C6= 0,1ộF, C7= 100ộF, C8= 100ộF IC1= IC2= IC3= LM 555
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 55
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 56
3.8.2. Cảm biến vị trắ.
Trong mô hình thực nghiệm các cảm biến vị trắ ựựơc sử dụng là các rơle từ. đây là các công tắc với ựiều khiển ựóng ngắt bằng từ trường. Từ trường là nam châm vĩnh cửu ựược gắn trên cánh cửa.
Hình 3.13. Sơ ựồ cấu tạo cảm biến vị trắ.
Nguyên lý làm việc: khi có từ trường tác ựộng lên công tắc từ (CTT), công tắc này ựóng lại mạch ựược khép kắn nguồn ựiện ựI từ cực dương (+) qua công tắc từ qua ựiện trở hạn chế R qua điôt quang (Led) làm nó sáng lên báo hiệu mạch ựã hoạt ựộng.
Cảm biến này ựược sử dụng ựể ựiều khiển tốc ựộ và giới hạn dừng khi nó mở và ựóng cửa.
3.9. Bộ ựiều khiển lập trình PLC.
3.9.1. định nghĩa PLC.
Bộ ựiều khiển logic khả trình (PLC - Programmable Logic Controller, bộ ựiều khiển cụ thể lập trình lại ựược) là sản phẩm ứng dụng kỹ thuật vi xử lý ựể ựiều khiển các thiết bị, máy móc, dây chuyền tự ựộng hoáẦ