II. Lập trình PLC cho Robot hoạt động theo mô hình
1.2.Lập trình bằng phần mềm SYSWIN trên máy tính
1. Cơ sở lý thuyết lập trình plc
1.2.Lập trình bằng phần mềm SYSWIN trên máy tính
Nếu hai xylanh có cùng một độ dài hành trình piston, xylanh kép có thể dừng tại ba vị trí 0, 1, 2 bằng cách phối hợp các cửa nh sau:
Vị trí Cửa cấp khí 0 1&4 1 2 hoặc 3 2 2 và 3 69
2 1
0
1 2 3 4
3
Nếu hai xylanh có độ dài hành trình piston khác nhau, xylanh kép có thể dừng tại bốn vị trí 0, 1, 2, 3 bằng cách phối hợp các cửa nh sau:
Vị trí Cửa cấp khí
0 1&4
1 3
2 2 và 4
3 2 và 3
Xylanh tác động kép với piston hai đầu cần:
1 2
Xylanh tác động kép với piston hai đầu cần có khả năng tạo lực tác động và vận tốc nh nhau trên cả hai chiều chuyển động.
e) Xylanh tạo chuyển động va đập với vận tốc cao:
Xylanh tạo chuyển động va đập có thể sử dụng trong đột, dập, cắt hay những công việc tơng tự. Xylanh tạo chuyển động va đập nhận đợc năng lợng bổ sung từ một buồng khí phụ trong xylanh. Khi thực hiện chuyển động tịnh tiến ra, piston sẽ chuyển động nhanh dần và đạt đợc vận tốc cao khi va đập với chi tiết. Do piston và cần piston phải làm việc trong điều kiện khắc nghiệt, chịu va đập mạnh
70
nên cấu tạo của piston và cần piston cũng phải đảm bảo đủ độ cứng vững nên th- ờng nặng và bền hơn so với piston và cần piston của các loại xylanh thông thờng.
Nguyên lý hoạt động:
Bớc 1: Khí nén đợc cung cấp vào buồng nhỏ của xylanh đẩy piston chuyển động lùi về phía buồng khí phụ.
Nắp xylanh Piston Đệm piston Cần piston Nắp xylanh
1 2 3
F1
F2 F1
F2
Bớc 2: Van đảo chiều đợc cấp tín hiệu đảo chiều dòng khí vào xylanh, khí nén đợc cấp vào buồng lớn của xylanh đồng thời khí nén thoát khỏi buồng nhỏ của
71
xylanh. Do chỉ có một diện tích nhỏ trên mặt trên của piston (khoảng 11% diện tích mặt trên piston) tiếp xúc với khí nén nên áp lực khí nén trên mặt trên piston (F1) không lớn, cha đủ để thắng áp lực khí nén của mặt dới (F2).
Bớc 3: khi áp lực khí nén trong buồng nhỏ của xylanh (F2) không đủ thắng áp lực F1, piston sẽ dịch chuyển xuống dới. Lúc này toàn bộ diện tích mặt trên piston tiếp xúc với khí nén, do đó lực F1 rất lớn làm piston chuyển động có gia tốc và nhanh chóng đạt đợc vận tốc cao trớc khi va đập với chi tiết ở cuối hành trình.
f) Các cơ cấu quay có góc quay giới hạn: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Khi cần chuyển động quay với một góc quay nhất định, ta có thể sử dụng xylanh tác động kép với cần piston có dạng thanh răng, trục quay mang bánh răng ăn khớp với thanh răng.
Cơ cấu này có thể tạo ra chuyển động quay với vận tốc và mômen quay nh nhau theo cả hai chiều, mômen quay khá lớn, có thể đạt tới 400 Nm. Tuy nhiên nó có một số nhợc điểm nh kích thớc lớn, góc quay phụ thuộc chiều dài thanh răng và hành trình piston do vậy ít đợc sử dụng. Ngời ta thờng sử dụng các cơ cấu quay dạng cánh gạt để thay thế. Các cơ cấu quay dùng năng lợng khí nén có góc quay giới hạn có thể sử dụng để vận hành các van hay sử dụng trong kỹ thuật Robot.
g) Động cơ khí nén:
Động cơ khí nén đợc sử dụng khi cần tạo chuyển động quay liên tục từ năng lợng khí nén và có thể đạt đợc công suất tới 25 kW. So với động cơ điện và động cơ thuỷ lực, động cơ khí nén có những u điểm sau:
1. Công suất cao so với các loại động cơ khác cùng kích thớc hoặc trọng l- ợng.
72
2. Không h hỏng khi bị quá tải. 3. Thay đổi tốc độ dễ dàng.
4. Có thể làm việc trong điều kiện khắc nghiệt không thể sử dụng động cơ điện hay động cơ thuỷ lực.
5. Dễ đảo chiều quay. 6. Độ bền khá cao.
7. Không yêu cầu bảo dỡng thờng xuyên. 8. Dễ lắp đặt.
9. Mômen quay ổn định với các cấp tốc đô khác nhau. 10. Tốc độ quay lớn.
Động cơ khí nén có các loại:
- Động cơ cánh gạt: có thể đạt đợc công suất 5 kW, vận tốc 200 đến 30000 vòng/phút.
- Động cơ piston (động cơ piston dọc trục, động cơ piston hớng kính): công suất tối đa 25 kW, vận tốc 2000 đến 5000 vòng/phút.
- Động cơ bánh răng: công suất tối đa có thể đạt đợc trên 300 kW.
6. Mạch khí nén và điều khiển khí nén trong Robot Harmo.
Các phần tử trong mạch khí nén:
: van đảo chiều 5 cửa, 2 vị trí, một đầu điều khiển bằng điện từ, một đầu điều khiển bằng lò xo.
: Van đảo chiều 5 cửa, 2 vị trí, cả hai đầu điều khiển bằng điện từ.
73
Cách ly điện PLC010.06 010.07 010.05 010.04 010.03 Y Kẹp Z 90°
Sơ đồ mạch điều khiển khí nén đuờng dẫn khí nén.
đuờng tín hiệu điện điều khiển.
1 2 A BC D E D E C B A d e a b c c d a b
: Van đảo chiều 4 cửa, 2 vị trí, một đầu điều khiển bằng điện từ, một đầu điều khiển bằng lò xo.
: Xy lanh tác động đơn chuyển động lùi nhờ lò xo.
: Xy lanh tác động kép với piston tác động một đầu cần.
: Van tiết lu điều chỉnh đợc, tác động bất kì.
: Bộ điều áp.
74 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
: Máy nén khí.
Hoạt động của mạch khí nén:
Máy nén khí tạo ra nguồn năng lợng khí nén cho hệ thống. Khí nén đợc cung cấp từ máy nén khí đến bộ điều áp, tại đây, khí nén đợc giữ ở áp suất phù hợp để đảm bảo an toàn, không bị rò rỉ và hệ thống hoạt động bình thờng (thông thờng, áp suất trong Robot Harmo đợc giữ ở 0,5 MPa ).
Van tiết lu trong hệ thống đợc điều chỉnh trực tiếp bằng tay tới khi đạt đợc tốc độ thích hợp của piston. Trong khi đó, van đảo chiều hoạt động nhờ các công tắc điện từ và lò xo, do đó việc đóng ngắt dòng điện trong công tắc điện từ đợc điều khiển thông qua bộ điều khiển PLC.
Hoạt động của bậc tự do tịnh tiến dọc trục Y: khí nén từ bộ điều áp đợc đa tới van đảo chiều 5 cửa 2 vị trí. Khi cha có tín hiệu cung cấp từ PLC tới van, khí nén đợc cung cấp vào van đảo chiều qua cửa B đi ra qua cửa E, qua van tiết lu vào buồng nhỏ của xylanh đẩy piston chuyển động lùi về vị trí an toàn của Robot. Đồng thời trong buồng lớn của xylanh, khí nén bị đẩy vào cửa D của van đảo chiều và thoát ra ngoài qua cửa A. Khi PLC cung cấp tín hiệu điều khiển, cuộn dây điện từ có điện sẽ tác động vào con trợt của van đảo chiều làm con trợt dịch chuyển đóng cửa A , mở cửa C. Lúc này khí nén vào van đảo chiều qua cửa B, đi ra qua cửa D đi qua van tiết lu vào buồng lớn của xylanh đẩy piston tịnh tiến ra, trong buồng nhỏ của xylanh khí nén bị đẩy qua van tiết lu vào cửa E của van đảo chiều và thoát ra ngoài qua cửa C.
Hoạt động của bậc tự do tịnh tiến dọc trục Z: do bậc tự do tịnh tiến dọc trục Z cũng đợc điều khiển bằng van đảo chiều 5/2 tơng tự nh bậc tự do tịnh tiến dọc trục Y nên hoạt động của bậc tự do tịnh tiến dọc trục Z cũng tơng tự bậc tự do tịnh tiến dọc trục Y, với vị trí an toàn đợc xác định khi tay kẹp Robot ở vị trí cao nhất.
Hoạt động của bàn tay kẹp: bàn tay kẹp đợc điều khiển vị trí nằm ngang hay thẳng đứng bằng van đảo chiều 5 cửa, 2 vị trí, cả hai đầu điều khiển bằng điện từ.
75
Khi PLC cấp tín hiệu điều khiển vào cuộn dây số 1, cửa a bị đóng, khí nén đợc cung cấp vào van đảo chiều qua cửa b đi ra qua cửa d vào buồng lớn của xylanh điều khiển vị trí đẩy piston đi ra làm bàn tay kẹp nằm ngang, khí nén từ buồng nhỏ xylanh đi qua van tiết lu vào van đảo chiều qua cửa e và thoát ra ngoài qua cửa c. Ngợc lại, khi PLC cấp tín hiệu tới cuộn dây số 2, cửa c bị đóng, khí nén đợc cung cấp vào van đảo chiều qua cửa b đi ra qua cửa e vào buồng nhỏ của xylanh điều khiển vị trí đẩy piston đi lùi vào lúc này bàn tay kẹp thẳng đứng, khí nén từ buồng nhỏ xylanh đi qua van tiết lu vào van đảo chiều qua cửa d và thoát ra ngoài qua cửa a.
Hoạt động kẹp – nhả của bàn tay kẹp đợc điều khiển thông qua van đảo chiều 4 cửa 2 vị trí, một đầu điều khiển bằng điện từ, một đầu điều khiển bằng lò xo. Khi không có tín hiệu từ PLC, lò xo trong xylanh đẩy piston về trạng thái nhả, khí nén trong buồng lớn của xylanh bị đẩy qua cửa d vào van đảo chiều, ra ngoài qua cửa b của van. Khi có tín hiệu từ PLC cấp cho cuộn dây điện từ, cửa b, d đóng lại, cửa a, c mở ra, dòng khí nén đợc cấp vào van đảo chiều qua cửa a ra khỏi van từ cửa c vào buồng lớn xylanh thắng lực đàn hồi của lò xo, đẩy piston tịnh tiến ra kẹp chi tiết.
II. cảm biến.
1. Giới thiệu chung:
Cảm biến - sensor xuất phát từ chữ sense theo nghĩa la tinh là cảm nhận. Cảm biến đợc định nghĩa nh là một thiết bị dùng để đo lờng biến đổi các đại lợng vật lý và các đại lợng không điện, cần đo thành các đại lợng điện có thể đo đợc (nh dòng điện,điện thế điện dung,trở kháng…). Nó chính là một thành phần quan trọng nhất trong một thiết bị đo hay trong một hệ điều khiển tự động. Cảm biến đôi khi chỉ là các trang bị đơn giản dạng nh công tắc mini, các công tắc hành trình, các thanh lỡng kim (bimetal). Giờ đây không có một lĩnh vực nào mà trong đó lại không có sự có mặt của cảm biến. Chúng có mặt trong những hệ thống tự động phức tạp, nguời máy, kiểm tra chất lợng sản phẩm, tiết kiệm năng lợng, chống ô nhiễm môi trờng. Cảm biến cũng đợc ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh
76
vực khác nh giao thông vận tải, hàng tiêu dùng, bảo quản thực phẩm, ô tô, trò chơi điện tử…
Đối với ngời sử dụng, việc nắm đợc nguyên lý cấu tạo và các đặc tính cơ bản của cảm biến là điều kiện tiên quyết để đảm bảo sự vận hành tốt của hệ thống tự động. Trong các hệ thống vật lý, các đại lợng điều khiển rất đa dạng, do vậy các loại cảm biến cũng rất phong phú.
Trong Robot công nghiệp, các thiết bị cảm biến trang bị cho Robot để thực hiện việc nhận biết và biến đổi thông tin về hoạt động của bản thân Robot và của môi trờng, đối tợng mà Robot phục vụ. Theo phạm vi ứng dụng có nhiều loại cảm biến đợc sử dụng trong Robot nhng ta có thể phân ra thành từng loại cụ thể nh sau. - Cảm biến nội tín hiệu (internal sensor) đảm bảo thông tin về vị trí, về vận tốc, về lực tác động trong các bộ phận quan trọng của Robot. Các thông tin này là những tín hiệu phản hồi phục vụ cho việc điều chỉnh tự động các hoạt động rô bốt.
- Cảm biến ngoại tín hiệu (external sensor) cung cấp thông tin về đối tác và môi trờng làm việc phục vụ cho việc nhận dạng các vật xung quanh, thực hiện di chuyển hoặc thao tác trong không gian làm việc. Để làm đợc việc đó, cần có các loại cảm biến tín hiệu xa, cảm biến tín hiệu gần, cảm biến “ Xúc giác” và cảm biến “ thị giác” ... Để thực hiện nhiệm vụ các loại cảm biến nội tín hiệu và ngoại tín hiệu nói trên, có thể dùng nhiều kiểu cảm biến thông dụng hoặc chuyên dụng. Các kiểu cảm biến thông dụng không chỉ dùng cho kỹ thuật Robot mà còn dùng nhiều trong các thiết bị kỹ thuật khác. Có nhiều tài liệu kỹ thuật về các kiểu cảm biến này.
Tuỳ theo các dạng tín hiệu cần nhận biết mà phân thành các kiểu cảm biến khác nhau: Cảm biến lực, vận tốc, gia tốc, vị trí, áp suất, lu lợng, nhiệt độ...
Tuỳ theo cách thức nhận tín hiệu lại phân ra các kiểu khác nhau. Ví dụ: cũng là cảm biến vị trí nhng có kiểu cảm ứng, kiểu điện dung, kiểu điện trở, kiểu điện quang... Dới đây là một số loại cảm biến thông dụng thờng thấy trên các Robot.
77
1.1. Cảm biến tín hiệu gần:
Trong kỹ thuật ngời máy thờng dùng các cảm biến tín hiệu gần để xác định sự có mặt của đối tợng trong phạm vi không gian ngay sát vị trí thao tác để kẹp vật hoặc di chuyển vòng qua chớng ngại vật...
Trong Robot thờng sử dụng một số cảm biến chủ yếu sau đây:
- Cảm biến từ cảm: Hoạt động dựa trên nguyên tắc thay đổi độ từ cảm khi thay đổi cự ly giữa các vật thể kim loại và cảm biến.
Cấu tạo của cảm biến tự cảm này gồm một cuộn cảm đặt sau nam châm vĩnh cửu nằm trong thân vỏ với phần cách điện và đầu nối. Khi đặt cảm biến gắn với vật thể nhiễm từ thì các đờng sức từ sẽ thay đổi và khi có chuyển động tơng đối của chúng trong từ trờng thì dòng điện cảm trong cuộn dây sẽ thay đổi cờng độ, biên độ và tần số tỷ lệ với mức thay đổi từ trờng.
Nh vậy, để nhận đợc tín hiệu ra từ cảm biến loại này cần có sự chuyển động tơng đối giữa cảm biến và đối tợng. Thông thờng trong kỹ thuật Robot, khi dùng cảm biến tín hiệu gần chỉ cần tín hiệu ngỡng không liên tục. Có thể nhận đợc tín hiệu này bằng cách tích phân tín hiệu ra.
- Cảm biến Hall: Hoạt động dựa trên nguyên tắc của hiệu ứng Hall. Nh
trong vật lý đã biết hiệu ứng Hall liên hệ giữa điện thế hai đầu dây dẫn (hoặc bán dẫn) với từ trờng. Nếu sử dụng cảm biến Hall này cùng với một nam châm vĩnh cữu, chúng sẽ nhận biết đợc sự có mặt của các vật thể nhiễm từ đặt sát bên cạnh.
- Cảm biến điện dung: Khác với các loại cảm biến từ cảm biến từ cảm và (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
cảm biến Hall là chỉ có thể nhận dạng các vật thể nhiễm từ, cảm biến điện dung phát hiện đợc tất cả các loại vật liệu rắn cũng nh lỏng. Cảm biến này hoạt động theo nguyên tắc nhận biết các vật thể qua sự biến đổi của điện dung phụ thuộc vào khoảng cách tới vật đó. Có nhiều phơng pháp nhận biết tín hiệu gần bằng các cảm biến điện dung. Đơn giản nhất là dùng bản tụ của cảm biến có thể dùng khi điện dung vợt qua một giá trị ngỡng nào đó. Dao động chuyển thành tín hiệu điện ở đầu ra. Cách phức tạp hơn là dùng phân từ điện dung luôn luôn có dao động hình sin.
78
Khi điện dung thay đổi sẽ xuất hiện lệch pha. Đo lệch pha này tỷ lệ với điện dung cần nhận biết.
Cảm biến siêu âm: Các loại cảm biến giới thiệu ở trên đều phụ thuộc vào
vật liệu của vật thể đợc đo. Mức độ phụ thuộc này có thể giảm đi nhiều khi dùng cảm biến siêu âm.
1.2. Cảm biến tín hiệu xa.
Trong kỹ thuật ngòi máy cũng thờng trang bị các cảm biến tín hiệu xa để xác định khoảng cách từ chỗ lắp đặt cảm biến đến đối tợng. Khoảng cách có thể đo đợc theo thời gian phát đi và nhận lại của tín hiệu dùng để dẫn đờng cho ngời máy, giúp nó xác định các vị trí, hình thể của đối tợng và tìm cách tránh các chớng ngại vật. Dới đây giới thiệu một vài phơng pháp nhận tín hiệu xa.
- Đo tam giác là phơng pháp đơn giản đo tín hiệu xa. Đối tợng đo đợc chiếu sáng bằng một chùm tia của nguồn sáng, chùm tia này tác động vào bề mặt của đối tợng và phản xạ vào đầu thu. Nh vậy có thể xác định khoảng cách D từ quan hệ kích thớc của tam giác đó, hình 20.
- Đo khoảng cách theo thời gian truyền tín hiệu: