- Số vòng quay của trục máy công tác nlv: n
lv =60 . 1000 . v
π . D Trong đó:
v ¿ 0.2 m/s : vận tốc băng tải. D ¿ 25 mm : đường kính con lăn.
Ud: tỉ số truyền ngoài với bộ truyền đai răng. Ud ¿ 1.5 Uh : tỉ số truyền hộp giảm tốc Uh ¿6.5
Vậy tỉ số truyền của hệ dẫn động: U ¿ Ud . Uh ¿ 1.5 . 6.5 ¿ 9.75
Số vòng quay sơ bộ của động cơ được tính theo công thức: n ¿ U . nlv ¿ 9.75 . 153 ¿ 1492 (vòng/phút)
Chọn động cơ:
- Chọn động cơ phải thỏa mãn điều kiện: Pđc > Pct ; nđc≈ n - Chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ nđc ¿1500 (vòng/phút)
Từ những tính toán như trên ta thấy công suất của động cơ rất nhỏ nên ta có thể chọn động cơ một chiều điện áp 24V với tốc độ 1500 vòng/phút, công suất 20W có sẵn trên thị trường.
Nhóm tác giả đã lựa chọn động cơ một chiều sử dụng trong mô hình hệ thống. Đó là động cơ 57A-AM-18-A268 (Hình 4.1).
Hình 4.1 Động cơ điện một chiều 57A-AM-18-A268.
Với những thông số kỹ thuật:
- Điện áp: Một chiều 24VDC.
- Đường kính trục: 6 mm, chiều dài trục: 15 mm.
- Đầu giảm tốc độ có kích thước: 43 x 43 (mm).
- Đường kính thân máy: 36 mm.
- Máy tổng chiều dài: 122 mm.
- Số vòng quay: 1500 vòng/phút. - Công suất: 20W. 4.1.3. Tính toán tốc độ quay các trục Phương pháp tính toán [6] Ta có: nđc ¿ 1500 vòng/phút Trục I : nI = nđc =1500 = 230 (vòng/phút) Uh 6.5 Trục II : nII = n UId = 230 1.5 = 153 (vòng/phút) Trục III : nIII = n 1.II5 = 102 (vòng/phút) Trong đó: Trục I : trục hộp giảm tốc. Trục II : trục dẫn động băng chuyền. 5
Trục III : trục bị dẫn của băng chuyền.
4.1.4. Tính công suất trên các trục
Gọi công suất trên các trục I, II, III lần lượt là PI, PII, PIII
- Công suất danh nghĩa trên trục động cơ: Pđc ¿Plv ¿30W
- Công suât danh nghĩa trên trục của hộp số: PI ¿Pđc . η1 ¿30 . 0.97 ¿29.1 (W)
- Công suất danh nghĩa trên trục dẫn động băng chuyền: PII
¿PI . η2 . η4 ¿29.1 . 0.995 . 0.95 ¿27.5 (W) - Công suất danh nghĩa trên trục bị dẫn của băng chuyền:
PIII ¿PII . η3 ¿27.5 . 0.75 ¿20.6 (W)
4.1.5. Tính moment xoắn trên các trục
Phương pháp tính chọn [6]
Gọi moment xoắn trên các trục I, II, III lần lượt là: MI, MII, MIII ta có kết quả sau: - Trục động cơ: M đc - Trục I: MI - Trục II: MII = 9.55 ∙ PII = 9.55 ∙ 27.5 ∙ 103 = 1717 (N.mm) nII153 - Trục III : MIII = 9.55 ∙ PIII = 9.55 ∙ 20.6 ∙ 103 = 1929 (N.mm ) nIII 102
Từ tính toán trên ta chọn đai dẫn động cho hệ thống băng tải là loại đai răng S2M có trên thị trường:
+ Bánh răng dẫn động có: D ¿1cm, Z ¿20 răng + Bánh răng bị dẫn có: D ¿ 2 cm, Z¿34 răng Trong đó: D: đường kính.
5 8
- Chọn trục dẫn động cho băng tải là trục Φ8 mm.
- Chọn ổ bi Φ16 mm.
4.1.6. Tính toán lựa chọn piston
Hình 4.2 Mạc điều khiển van
Dùng piston xylanh đẩy sản phẩm điều khiển bằng khí nén. Ta có: F≥ Fmsmax
Trong đó:
F: là lực đẩy piston.
Fmsmax là lực ma sát lớn nhất giữa bề mặt sản phẩm và băng chuyền. Fmsmax ¿K . N
Với: K là hệ số ma sát giữa bề mặt sản phẩm và băng chuyền, chọn K ¿0.8 N là phản lực của băng chuyền với sản phẩm N ¿G ¿ 5N
Suy ra: Fmsmax ¿0.8 . 5 ¿ 4 (N) Để đẩy được sản phẩm thì: F ≥ F msmax ↔ P.A≥4 ↔ P . π . d2 ≥ 4 4 ↔ d ≥
Với: d: là đường kính piston. P: là áp suất khí nén.
Chọn P ¿ 8150 (N/m2) Suy ra:
d ≥ = 2.5 (cm)
Băng tải có chiều rộng 125 mm vì vậy chọn loại piston có hành trình 125 mm.
4.1.1. Tính chọn cảm biến màu sắc.
Hệ thống sử dụng 3 màu cơ bản, đỏ, xanh, vàng, thực hiện sử dụng 2 cảm biến phát hiện màu đỏ và màu xanh, màu còn lại không nằm trong 2 màu trên gọi là màu vàng.
Lựa chọn cảm biến màu GY-31 (TCS3200)
Cảm biến màu GY-31 sử dụng IC TAOS TCS3200 RGB với 4 led trắng. Cảm biến màu TCS3200 có thể phát hiện và đo lường một phạm vi gần như vô hạn của màu sắc có thể nhìn thấy. Cảm biến màu TCS3200 tích hợp 1 dãy bộ dò ánh sáng quang bên trong, với mỗi cảm biến ứng với các màu đỏ, xanh lá, xanh dương.
Các bộ lọc của mỗi màu được phân bố đều khắp cảm biến để loại bỏ sai lệch vị trí giữa các màu sắc. bên trong cảm biến có bộ dao động tạo ra sóng vuông có tần số là tỷ lệ thuận với cường độ của màu sắc được lựa chọn.
Cảm biến màu GY-31 TCS3200 được sử dụng để nhận biết màu sắc bằng cách đo phản xạ 3 màu sắc cơ bản từ vật thể là đỏ, xanh lá và xanh dương từ đó xuất ra tần số xung tương ứng với 3 màu này qua các chân tín hiệu, đo 3 tần số xung này và qua 1 vài bước chuyển đổi nhất định là bạn sẽ có đươc thông tin của màu sắc của vật thể cần đo.
THÔNG SỐ CẢM BIẾN MÀU GY-31
Ngõ ra: 3 tần số xung tương ứng 3 màu đỏ xanh dương và xanh lá. GND OE OUT S0, S1 S2, S3 VCC
SƠ ĐỒ ĐẤU VỚI VỚI ARDUINO (VÍ DỤ)
Chưc năng chân cảm biến màu:
+ S0,S1 : Đầu vào chọn tỉ lệ tần số đầu ra .
+ S2,S3 : Đầu vào chọn kiểu photodiode.
+ OE : Đầu vào cho phép xuất tần số ở chân OUT.
+ OUT : Đầu ra là tần số thay đổi phụ thuộc cường độ và màu sắc.
4.2. Mạch điều khiển hệ thống
4.2.1. Sơ đồ đấu nối PLC
Hình 4.4 Sơ đồ đấu nối PLC S71200
4.2.2. Bảng địa chỉ sơ đồ đấu dây. (*) Đầu vào PLC
TT Name 1 I_Mode 2 I_CB_Do 3 I_CB_Xanh 4 I_CB_Vang 5 I_CB_PH_Vat 6 I_CB_Vao 7 I_BT1 8 I_BT2 9 I_Xylanh_Do 10 I_Xylanh_Xanh 11 I_Xylanh_SPVao (*) Đầu ra PLC 62 TT Name
2 Q_lamp_Manu 3 Q_BT1 4 Q_BT2 5 Q_Xylanh_Do 6 Q_Xylanh_Xanh 7 Q_Xylanh_SPVao
4.2.3. Tính chọn rơ le trung gian.
Hình 4.3 Rơ le trung gian
Rơ le trung gian thực hiện nhiệm vụ nhận tín hiệu điều khiển từ PLC để điều khiển các thiết bị có dòng điện, điện áp định mức lớn hơn. Điện áp điều khiển cuộn hút của rơ le trung gian được lấy trực tiếp từ đầu ra của PLC. Vì thế ta chọn rơ le trung gian với các thông số kỹ thuật như sau:
Điện áp định mức: 24 VDC. Dòng điện định mức: 5 A.
4.2.4. Mạch điều khiển xi lanh khí nén.
Mạch điều khiển xi lanh khí nén bao gổm rơ le trung gian điều khiển bật tắt máy nén khí:
2 nút ấn thường mở ON/OFF thực hiện bật tắt máy nén khí.
CHƯƠNG 5 – THIẾT KẾ XÂY DỰNG PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT SCADA
5.
5.1. Xây dựng thuật toán điều khiển
5.1.1. Sơ đồ khối chung toàn hệ thống
5.1.2. Sơ đồ khối chế độ bằng tay
5.1.3. Sơ đồ khối chế độ tự động
5.2. Lập trình điều khiển PLC S71200
5.2.1. Xác định đầu vào ra
(*) Đầu vào PLC
1 I_Mode 2 I_CB_Do 3 I_CB_Xanh 4 I_CB_Vang 5 I_CB_PH_Vat 6 I_CB_Vao 7 I_BT1 8 I_BT2 9 I_Xylanh_Do 10 I_Xylanh_Xanh 11 I_Xylanh_SPVao (*) Đầu ra PLC TT Name 1 Q_lamp_Auto 2 Q_lamp_Manu 3 Q_BT1 4 Q_BT2 5 Q_Xylanh_Do 6 Q_Xylanh_Xanh 7 Q_Xylanh_SPVao 5.2.2. Cấu hình phần cứng Sử dụng PLC S71200 CPU 1212C AC/DC/Rly Hình 5.1 Cấu hình phần cứng PLC 5.2.3. Lập trình PLC S71200
( Chương trình sử dụng khối OB1 làm chương trình chính và các khối chương trình con dùng hàm chức năng FC.
Hàm chức năng FC là khối logic có các biến In, Out, In/Out do chương trình gọi cung cấp cho hàm, ngoài ra còn có biến Temp sử dụng nội bộ (cục bộ), tuy nhiên không bắt buộc phải dùng hết tất cả các biến này. Hàm FC không có bộ nhớ nội nên dữ liệu mất đi khi ra khỏi khối, cũng như không có khối dữ liệu Instance DB giống như khối hàm chức năng FB.
(1) Chương trình chính OB1
(4) Chương trình con đầu ra Output(FC3)
5.3. Thiết kế giao diện điều khiển giám sát Scada
5.3.1. Cấu hình thiết bị
Hình 5.2 Phần cứng Scada
Hình 5.3 Kết nối PLC với Scada 5.3.2. Thiết kế giao diện Scada
5.4. Kết quả mô phỏng
5.4.1. Tải chương trình xuống PLC
Bước 1: Nhấn vào nút Simulation để chạy PLC SIM
Bước 2: Nhấn nút “Load” để tải chương trình PLC
Bước 3: Nhấn chọn “Start module” sau đó nhấn “Finish”
Bước 4: Vào khối chương trình nào đó muốn giám sát thực hiện nhấn biểu tượng đeo kính để online chương trình PLC
5.4.2. Chạy runtime Scada
Bước 1: Vào màn hình thiết kế giao diện chính nhấn nút “RT”
Bước 2: Giám sát chương trình ở chế độ tự động
Bước 3: Giám sát chương trình ở chế độ bằng tay
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. PGS. TS Bùi Quốc Khánh - TS. Nguyễn Văn Liễn, “Truyền động điện”, Nhà xuất bản Khoa Học Kỹ Thuật, 2005.
[2]. Th.S Lê Văn Tiến Dũng, “Điều khiển khí nén và thủy lực”, Nhà xuất bản Giáo Dục, 2005.
[3]. Khoa Cơ khí - Bộ môn Cơ điện tử, “Cảm biến và hệ thống đo”, Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội, 2013.
[4]. “Khí cụ điện”, Nhà xuất bản Đại học quốc gia Hà Nội, 2005.
[5]. PGS. TS Trịnh Chất – TS. Lê Văn Uyển, “Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí” Tập I, Nhà xuất bản Giáo Dục, 1998.
[6]. GS. TS Phan Kì Phùng, Th.S Thái Hoàng Phong, “Sức bền vật liệu” Nhà xuất bản Đà Nẵng, 2005.