Bộ phận này gồm những phần chính sau: 2 động cơ khơng đồng bộ xoay chiều một pha cĩ thể đảo chiều quay, hệ thống cơ khí liên kết với động cơ để thực hiện di chuyển qua trái qua phải và di chuyển lên xuống, một pitton để lấy hàng và cất hàng vào kho.
2.1.1. Động cơ khơng đồng bộ xoay chiều một pha. 2.1.1.1. Khái niệm.
Động cơ khơng đồng bộ một pha thường được d̀ùng trong các thiết bị điện sinh hoạt và cơng nghiệp, cơng suất thường bé, từ vài Watt đến hơn một ngàn Watt, sử dụng nguồn điện xoay chiều một pha 110V/220V. So với động cơ khơng đồng bộ ba pha cùng kích thước thì cơng suất của động cơ khơng đồng bộ một pha chỉ bằng khoảng 70% cơng suất của động cơ khơng đồng bộ ba pha, nhưng thực tế do khả năng quá tải thấp nên ngoại trừ động cơ kiểu điện dung, cơng suất của động cơ khơng đồng bộ một pha chỉ vào khoảng 50% cơng suất của động cơ ba pha. Do sử dụng nguồn xoay chiều một pha nên động cơ một pha được dùng khá phổ biến trong sinh hoạt và sản xuất nhỏ.
2.1.1.2. Cấu tạo động cơ khơng đồng bộ xoay chiều một pha.
Tùy vào phương thức mở máy và hoạt động mà động cơ khơng đồng bộ một pha cĩ cấu tạo cĩ phần khác nhau nhưng cấu tạo chính cũng gồm cĩ hai phần chính là stato và roto.
Stato:
Phần tĩnh nay gồm cĩ: mạch từ, dây quấn, vỏ máy. Mạch từ cĩ cấu tạo giống với mạch từ stato động cơ 3 pha, dây quấn stato gồm dây quấn chính và dây quấn phụ cĩ kết cấu thường ko giống nhau, đặt lệch nhau gĩc 900
Hình 2.1. Cấu tạo bên trong stato.
Stato: gần giống động cơ 3 pha. Roto:
Hình 2.2. Roto lồng sĩc.
- Lõi thép làm bằng lá thép kĩ thuật điện ghép lại với nhau.
- Dây quấn roto kiểu lồng xĩc gồm các thanh dẫn đặt trong các rãnh của lõi thép nối với nhau bằng vịng ngắn mạch.
Roto của động cơ khơng đồng bộ 1 pha thường dùng la roto lồng sĩc.
Ngồi hai phận chính trên, cịn cĩ các bộ phân khởi động như tụ điện, ngắt điện ly tâm hay rơle dịng điện rơle điện áp…
Roto lồng sĩc: tương tự động cơ 3 pha.
2.1.1.3. Nguyên lý hoạt động cơ khơng đồng bộ một pha.
Nếu chỉ cĩ 1 cuộn dây nối vào 1 pha sẽ cĩ từ trường xoay chiều như sau.
Dịng điện xoay chiều chạy trong dây quấn stator sẽ sinh ra từ trường xoay chiều, đường sức từ trường được xác định theo quy tắc vặn nút chai xét tại các thời điểm:
- Tại , dịng điện đạt cực đại dương i=Im,cảm ứng từ đạt cực đại, giả sử đường sức cĩ chiều từ trên xuống dưới. và cùng phương, cùng chiều, độ lớn:
- Tại , dịng điện vẫn dương, cảm ứng từ vẫn cĩ chiều như cũ nhưng độ lớn bé hơn, và lệch nhau gĩc
- Tại , i=0, B = 0 …. và cùng phương, ngược chiều, cùng độ lớn. - Tại , i < 0, cảm ứng từ đổi chiều, hướng từ dưới lên trên, và lệch nhau gĩc như trường hợp t2.
- Tại , i= -Imcảm ứng từ đạt cực đại với chiều từ dưới lên trên. - t6= T, i=0, B=0.
Vậy từ trường do dịng điện xoay chiều chạy trong dây quấn một pha sinh ra là từ trường đập mạch, cĩ thể phân tích thành hai từ trường quay cĩ biên độ bằng ½ biên độ từ trường cực đại và quay ngược chiều nhau với cùng một vận tốc gĩc.
- Hai từ trường quay ngược chiều và sẽ tạo ra 2 mơmen điện từ và ngược chiều nhau, tác dụng lên trục rotor của động cơ. Moment tổng được xác định bằng phép cộng đồ thị.
- Tại điểm tốc độ bằng khơng (n = 0), moment tổng bằng khơng ( M = 0) nên động cơ khơng thể tự khởi động được, nếu quay rotor theo chiều nào thì sẽ xuất hiện moment quay theo chiều đĩ, tác động làm rotor tiếp tục quay.
Động cơ sử dụng trong mơ hình: Capacitor Start Motor:
I tart Lag 30
I run Lag 60 30
Hình 2.4. Động cơ cĩ tụ khởi động và đồ thị khi mắc thêm tụ.
Hình 2.5. Moment khởi động khi thêm tụ.
- Tụ chạy.
Tụ chạy được nối với cuộn khởi động để giảm dịng khi khởi động động cơ. Thường dùng cho động cơ khởi động nhiều lần.
Hình 2.6. Cấu tạo động cơ cĩ tụ chạy.
- Một số đơng cơ sử dung hai cuộn dây giống nhau
Khi chạy thuận, cuộn A là cuộn chính (chạy), cuộn B là cuộn phụ (khởi động)
Khi chạy theo chiều ngược, cuộn B là cuộn chính (chạy), cuộn A là cuộn phụ (khởi động).
Dựa vào nguyên lý trên ta cĩ nguyên lý sơ đồ động cơ trong mơ hình:
Hình 2.7. Cấu tạo bên trong động cơ sử dụng trong mơ hình.
Khi Y0 cĩ điện Y1 khơng cĩ điện relay ở vị trí 1 dộng cơ xoay thuận, khi Y0 cĩ điện và Y1 cĩ điện role ở vị trí 2. Đảo chiều kích từ động cơ quay ngược.
2.2. Bộ phận lấy – cất hàng.2.2.1. Pitton. 2.2.1. Pitton.
Trong mơ hình này sử dụng xilanh tác động kép.
2.2.1.1. Nguyên tắc hoạt động:
- Khí nén được sử dụng để sinh cơng ở hai phía của Piston.
2.2.1.2. Nguyên lý và cấu tạo:
Các dạng:
- Xilanh kép cĩ cần piston một phía: Do diện tích của hai mặt Piston khác nhau
nên lực tác dụng trên cần Piston cũng khác nhau ( lực đẩy lớn hơn lực kéo). Hai dạng xilanh kép cĩ cần piston một phía thường gặp:
+ Xilanh kép khơng cĩ đệm giảm chấn:
Hình 2.8. Xilanh kép khơng cĩ đệm giảm chấn.
+ Xilanh kép cĩ đệm giảm chấn điều chỉnh được:
Hình 2.9. Xilanh kép cĩ đệm giảm chấn lưu.
- Xilanh kép cĩ cần piston hai phía (gọi là xilanh đồng bộ), vì diện tích hai mặt pitton bằng nhau nên lực tác dụng sinh ra cũng bằng nhau.
Hình 2.10. Xilanh kép cĩ cần pitton.
2.2.2. Van đảo chiều 5/2.
Van 5/2 cĩ 5 cổng làm việc( vào(1), ra (2, 4) và hai cửa xả riêng cho mỗi trạng thái (3,5), cĩ hai trạng thái.
Van 5/2 cũng cĩ thể điều khiển bằng cơ khí, bằng khí nén hay điện một phía hoặc cả hai phía. Các van điều khiển bằng khí nén hay điện cả hai phía cĩ đặc điểm như các van khác là một phần tử nhớ hai trạng thái.
Van 5/2 dùng làm van đảo chiều điều khiển xilanh tác dụng kép, động cơ. - Trạng thái ổn định hiện cĩ được thiết lập bởi tín hiệu 12:
Hình 2.11. Trạng thái xy lanh được tác động bởi tín hiệu 12.
Trong mơ hình nay sử dụng van điều khiển điện từ.
2.2.3. Máy nén khí.
Việc lựa chọn máy nén khí dựa theo yêu cầu về áp suất làm việc của các cơ cấu chấp hành (Xilanh, động cơ, giác hút…và được lựa chọn theo yêu cầu cơng nghệ) và các yêu cầu khác như kích thước, trọng lượng, mức độ gây tiếng ồn của máy nén khí.
Máy nén kiểu Piston.
- Một cấp: áp suất xấp xỉ 600kPa = 6 bar.
- Hai cấp: áp suất xấp xỉ 1500kPa = 15bar. Cĩ thể thiết kế đến 4 cấp, P =250bar. Máy nén kiểu cánh:
- Một cấp: áp suất xấp xỉ 400kPa = 4bar . - Hai cấp: áp suất xấp xỉ 800kPa = 8bar. Máy nén khí kiểu trục vít:
- Làm việc theo nguyên lý thay đổi thể tích . - Áp suất lớn, xấp xỉ 10bar.
Máy nén khí kiểu ly tâm.
- (Máy nén kiểu hướng kính )làm việc theo nguyên lý động năng . - Áp suất khá lớn, xấp xỉ 1000kPa = 10bar.
Máy nén khí kiểu hướng trục.
- Làm việc theo nguyên lý động năng . - Áp suất xấp xỉ 600kPa = 6bar.
2.3. Bộ phận cảm biến.
Định nghĩa:
Cảm biến là các phần tử nhạy cảm dùng để biến đổi các đại lượng đo lường, kiểm tra hay điều khiển từ dạng này sang dạng khác thuận tiện hơn cho việc tác động của các phần tử khác. Cảm biến là một thiết bị chịu tác động của đại lượng cần đo m khơng cĩ tính chất điện và cho một đặc trưng mang bản chất điện (như điện tích, điện áp, dịng điện, trở kháng) kí hiệu là s cĩ s = F(m). Cảm biến thường dùng ở khâu đo lường và kiểm tra.
tục các đại lượng đầu vào (đại lượng đo lường - kiểm tra, là các đại lượng khơng điện nào đĩ thành sự thay đổi của các đại lượng đầu ra là đại lượng điện, ví dụ: điện trở, điện dung, điện kháng, dịng điện, tần số, điện áp rơi, gĩc pha,...
2.3.1. Các thơng số cơ bản của cảm biến.
Độ nhạy:
S = ΔY/ΔX
Với: + ∆X: gia số đại lượng đầu vào. + ∆Y: gia số đại lượng đầu ra.
Trong thực tế cịn sử dụng độ nhạy tương đối:
Với: Y là đại lượng ra. X là đại lượng vào.
Cảm biến cĩ thể là tuyến tính nếu S0 = const hoặc là phi tuyến nếu S0= var. Cảm biến phi tuyến cĩ độ nhạy phụ thuộc vào giá trị đại lượng vào (X).
Sai số:
Sự phụ thuộc của đại lượng ra Y vào đại lượng đầu vào X gọi là đặc tính vào ra của cảm biến. Sự sai khác giữa đặc tính vào ra thực với đặc tính chuẩn (đặc tính tính tốn hay đặc tính cho trong lí lịch) được đánh giá bằng sai số.
Phân làm hai loại sai số: Sai số tuyệt đối
ΔX = X'−X
X': giá trị đo được; X: giá trị thực. Sai số tương đối
A = ΔXX
Ảnh hưởng ít nhất đến đại lượng đầu vào. Cĩ quán tính nhỏ.
Phân loại:
Phân loại theo mơ hình mạch thay thế:
Cĩ thể phân các cảm biến làm hai nhĩm chính: là cảm biến tham số (thụ động) và cảm biến phát (chủ động hay tích cực).
Nhĩm phát:bao gồm các loại cảm biến sử dụng hiệu ứng cảm ứng điện từ, hiệu ứng điện áp, hiệu ứng Holl và sự xuất hiện sức điện động của cặp nhiệt ngẫu, tế bào quang điện.
Cảm biến tham số ( thụ động):
Thường được chế tạo từ những trở kháng cĩ một trong các thơng số chủ yếu nhạy với đại lượng cần đo. Một mặt giá trị của trở kháng phụ thuộc vào kích thước hình học của mẫu, nhưng mặt khác nĩ cịn phụ thuộc vào tính chất điện của vật liệu như: điện trở suất, từ thẩm, hằng số điện mơi. Vì vậy giá trị của trở kháng thay đổi dưới tác dụng của đại lượng đo ảnh hưởng riêng biệt đến tính chất hình học, tính chất điện hoặc đồng thời ảnh hưởng cả hai. Thơng số hình học hoặc kích thước của trở kháng cĩ thể thay đổi nếu cảm biến cĩ phần tử chuyển động hoặc phần tử biến dạng.
Phân loại theo tin hiệu ngõ ra: Tín hiệu on/off. Tín hiệu tương tự.
Phân loại theo nguyên lý chuyển đổi giữa đáp ứng và kích thích . Phân loại theo dang kich thích.
Theo tính năng của bộ cảm biến. Cấu tạo chung của cảm biến:
Hình 2.13. Cấu tạo chung của cảm biến.
Trong phần này chúng ta chỉ quan tâm tới những loại cảm biến dược sử dung trong mơ hình tự động đưa hàng vào kho bao gồm:
- Cảm biến cơ (hay cơng tắc hành trình): giới hạn trái, phải, trên.
- Cảm biến kim loại: xác định vị trí từng từng ơ – cột.
- Cảm biến quang: phát hiện cĩ sản phâm (ở vị trí đầu tiên – cấp hàng).
2.3.2. Các loại cảm biến trong mơ hình.2.3.2.1. Cảm biến quang. 2.3.2.1. Cảm biến quang.
Nguyên lý: Khi chiếu vào nguồn sáng thích hợp vào cảm biến, tính chất dẫn điện của
cảm biến thay đổi, làm mạch tín hiệu cảm ứng thay đổi theo. Như vậy thơng tin ánh sáng được chuyển thành thơng tin của tín hiệu điện.
Bộ phận nhận tín hiệu Bộ phận biến đổi tín hiệu
LED ĐẦU PHÁT ĐẦ U THU Photo- Transistor V Ậ T T H Ể AM P AM P
Hình 2.14. Nguyên lý của cảm biến quang.
- Đầu phát của cảm biến phát ra một nguồn sáng về phía trước. Nếu cĩ vật thể che chắn, nguồn sáng này tác động lên vật thể và phản xạ ngược lại đầu thu, đầu thu nhận tín hiệu ánh sáng này và chuyển thành tín hiệu điện. Tuỳ theo lượng ánh sáng chuyển về, mà chuyển thành tín hiệu điện áp và dịng điện và khuyếch đại thành tín hiệu ra.
Cấu tạo cảm biến quang sử dụng trong mơ hình: cảm biến quang đang thu phát chung
Hình 2.15. Cấu tạo cảm biến quang. Cấu tạo cảm biến gồm phần phát và phần thu:
- Phần thu: gồm một transistor quang được đặt tại tiêu điểm thấu kính hội tụ thu. Được nối với mạch để tạo mức logic.
Cấu trúc mạch ra cảm biến quang: + Loại NPN:
Hình 2.16. Cấu trúc mạch ra cảm biến quang loại NPN.
+ Loại PNP:
Hình 2.17. Cấu trúc mạch ra cảm biến quang loại PNP.
Đối tượng là một phần của đối tượng cần đo dịch chuyển hay khoảng cách nhỏ, khi mục tiêu di chuyển là cho khe hở khơng khí thay đổi từ đĩ là cho từ trở của mạch từ thay đổi là cho điện cảm của cuộn dây thay đổi.
Hình 2.18. Cấu tạo cảm biến từ.
- Mạch đo: là một mạch cầu xoay chiều.
Hình 2.19. Mạch đo cảm biến từ.
- Mạch xừ lý tín hiệu: là một khối rời cĩ cơ cấu chỉ thị và cho phép cài đặt tín hiệu ngõ ra là tuyến tính hay là tín hiệu điều khiển.
Phần 3. Sơ đồ giải thuật và chương trình lập trình cho PLC FX1N (60MR - ES/UL)
3.1. Địa chỉ ngõ vào - ngõ ra.
Địa chỉ ngõ vào:
- X0: cảm biến vị trí theo cột.
- X1: cơng tắc hành trình giới hạn bên phải. - X2: cảm biến vị trí theo tầng.
- X3: cơng tắc hành trình giới hạn bên trái. - X4: cơng tắc hành trình giới hạn bên dưới. - X5: cơng tắc hành trình giới hạn Pitton co vào. - X6: cơng tắc hành trình giới hạn Pitton duỗi ra. - X11: cảm biến phát hiện cĩ sản phẩm.
- X12: nút nhấn Start. - X13: nút nhấn Stop.
- X14: cơng tắc điều khiển chế độ Auto/Hand. - X15: cơng tắc điều khiển chế độ Cất/Lấy hàng.
- X7, X16, X17, X20, X21, X22, X23, X24, X25, X26, X27, X30, X31, X32, X33: nút nhấn chọn vị trí để cất hoặc lấy hàng (chế độ Hand).
Địa chỉ ngõ ra:
-Y000: thang nâng hàng di chuyển qua trái.
- Y001 + Y000: thang nâng hàng di chuyển qua phải. - Y002: thang nâng hàng di chuyển đi lên.
- Y002 + Y003: thang nâng hàng di chuyển đi xuống. - Y004: pittong (xylanh) duỗi.
- Y005: đèn báo tín hiệu ở chế độ stop. - Y006: đèn báo ở chế độ Start.
- Y012: đèn báo tín hiệu ở chế độ lấy hàng. Bảng điều khiển chương trình:
Auto/Hand Cất/Lấy SP
Stop Start
1 2 3 4 5
6 7 8 9 10
11 12 13 14 15
Bảng điều khiển chương trình
Auto Hand Cất SP Lấy SP Stop
Sơ đồ kết nối phần cứng trong mơ hình.
Chú ý: các ngõ vào X16, X17, X20, X21, X22, X23, X24, X25, X26, X27, X30, X31, X32, được kết nối tương tự như X7 và X33.
3.2. Nguyên tắc hoạt động.
Chương trình lập trình gồm chế độ điều khiển Auto – Hand kết hợp với chế độ cất – lấy hàng:
- Chế độ Auto:
+ Khi cơng tắc điều khiển chế độ Auto/Hand được chọn chế độ Auto và cơng tắc điều khiển chế độ Cất/Lấy sản phẩm chọn chế độ cất hàng thì chương trình sẵn sàng thực hiện
lần lượt lấy hàng từ vị trí đầu tiên (nơi cấp hàng), cất hàng vào trong kho theo thứ tự từ ngăn hàng hàng thứ nhất cho đến ngăn hàng thứ 15. Sau khi cất hàng vào 15 ngăn chứa