- Nguyên tắc điều khiển Rô bôt
b.Vai trò của cảm biến trong hệ thống điều khiển
Máy thực hiện tập hợp các thông tin cần thiết tại đối tượng điều khiển và truyền về CPU, tại hệ thống nội dung đó được phân tích và xuất ra, đồng thời thực hiện bước đo lường đầu tiên. Đo lường có nghĩa là so sánh giá trị chuẩn và giá trị được đo để số hóa nó, thông tin được đo lường về cơ bản sẽ được truyền tải đến các thiết bị kết nối khác.
Ví dụ việc đo độ dài, có thể dễ dàng đạt được mục đích đo bằng cách dùng thước ướm lên đối tượng đo, tuy nhiên tùy theo từng trường hợp mà thông tin sẽ được sử dụng cho máy khác hoặc hệ thống sẽ không thể trực tiếp nhận thức được thông tin, do đó không thể chỉ đo lường dữ liệu một cách riêng biệt mà tùy theo điều kiện của thông tin mà sử dụng các tính chất liên quan để gia công-xử lý, để thông tin hóa dữ liệu. Đây chính là một phần quan trọng của kỹ thuật cảm ứng và ở thời điểm hiện tại quá trình này do máy tính đảm nhiệm.
Ảnh dưới cho thấy vai trò của cảm biến trong trường hợp đo độ lớn của cá để sử dụng thông tin về độ lớn đó. Đúng theo định nghĩa của cảm biến tín hiệu được đo lường đã được chuyển đổi thành tín hiệu phù hợp cho việc sử dụng (tín hiệu điện năng) và liên kết tới thiết bị khác.
Việc sử dụng danh từ cảm biến diễn ra khá gần đây song đã có rất nhiều loại cảm ứng được sử dụng trong máy móc gia đình và máy móc công nghiệp, và đang được đánh giá là yếu tố hạt nhân trong khoa học công nghệ tiên tiến hay là kỹ thuật đi đầu trong công nghệ cơ điện tử và đang thu hút sự chú ý trong nghiên cứu kỹ thuật.
Như vậy, cùng với sự quan tâm ngày càng cao và xu hướng thông tin hóa, tự động hóa của xã hội công nghiệp, cảm biến được coi là yếu tố trọng tâm cần thiết và hệ thống điều khiển đã mang một hình thức mới.
Hệ thống điều khiển tự động hóa ngày xưa được cấu thành bởi 3 bộ phận: phần nhập, phần xuất và phần điều khiển.
23
Hình 6-1 Vai trò của cảm biến
Tuy nhiên gần đây, cùng với sự tiến độ của kỹ thuật bán dẫn, việc sử dụng cảm biến được áp dụng ngày càng nhiều khiến cho cấu tạo của hệ thống điều khiển đã biến đối như sau
Hình 6-2 Vị trí của cảm biến trong hệ thống điều khiển
Về cơ bản, hệ thống tự động hóa được phân biệt bằng hình thái năng lượng sử dụng hay phương tiện sử dụng (có thể tham khảo trong bảng dưới đây). Tất nhiên, ngòai các yếu tố được thể hiện trong bảng còn có các yếu tố cấu thành hệ thống đóng vai trò biến đổi năng lượng từ tín hiệu điện sang tín hiệu khí nén như van điện từ, song có thể coi cảm biến là một trong những yếu tố cấu thành hệ thống với vai trò là yếu tố nhập.
Bảng-6-3 Vị trí của cảm biến trong hệ thống điều khiển
Nội dung Bộ nhập (Cảm ứng) Bộ điều khiển (xử lý) Bộ dẫn động (actuator) Khí nén
Thao tác bằng tay/van giới hạn/ phản ứng/van đổi áp/rào cản
không khí
Điều khiển hướng/van non-return/điều khiển áp lực/van điều khiển lưu lượng
Xy lanh động cơ khí nén
Điện
Thao tác bằng tay/ nút bấm giới hạn
Ánh sáng/ quy nạp/cảm ứng điện dung
Rơ le Cầu giao điện tử
Điện/động cơ tuyến tính/xylanh/ Nam châm điện Điện
tử Cảm ứng analog
Logic Board/ µ-P P.L.C
Stepping xuất loại analog/ động cơ servo
Trong bảng trên nút bấm thao tác bằng tay (Push Button S/W) hay nút bấm giới hạn (Limit S/W) không chỉ được sử dụng một cách quen thuộc từ lâu nay mà còn được sử dụng một cách thông dụng trong hệ thống như một yếu tố nhập khí nén trong trường hợp cần nhận biết một trạng thái nào đó (như cảm biến).
Tuy nhiên, định nghĩa chính xác hơn về cảm biến là “thiết bị kiểm sóat lượng vật lý hay hóa học của vật thể hoặc kiểm soát lượng thay đổi để biến đổi thành tín hiệu điện có thể sử dụng được”, theo đó cảm biến được đưa vào nội dung cơ sở của lĩnh vực điện.
Transducer- bộ chuyển đổi có ý nghĩa tương tự với Sensor- cảm biến, song từ này được phân biệt với cảm biến ở chỗ “là thiết bị chuyển đổi cho ra tín hiệu xuất dễ ứng dụng và xử lý, phù hợp với lượng đo lường “
Tức là cảm biến là thiết bị tiếp nhận thông tin về trạng thái của đối tượng đo lường và chuyển qua tín hiệu điện, , còn bộ chuyển đổi là thiết bị chuyển đổi thành tín hiệu lượng vật lý hay tín hiệu phù hợp với trạng thái của vật đo lường. Tuy nhiên, việc phân biệt sử dụng một cách nghiêm ngặt cảm biến và bộ chuyển đổi rất khó và cũng không có lý do gì để phân biệt, chỉ có thể nói đây là 2 loại thiết bị chuyển đổi khác nhau trong phạm vi rất hẹp.
Mối quan hệ giữa những yếu tố này được thể hiện trong hình ảnh sau
Đối tượng điều khiển Cảm biến Xử lý tín hiệu (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Thiết bị xử lý điều khiển trung tâm Interface
Bộ dẫn động
Bộ chuyển đổi: lượng phi Lượng vật lý
A
Lượng vật lý B
Biến đổi và kiểm soát trạng thái
Thay đổi tín hiệu
Hình 6-3 Cảm biến và bộ chuyển đổi
Hãy tham khảo bảng dưới đây để có thể dễ dàng hiểu hơn khái niệm về cảm biến và bộ chuyển đổi
Bảng 6-4: So sánh cảm biến và bộ chuyển đổi
Nội dung Cảm biến Bộ chuyển đổi
Yếu tố kiểm sóat nhiệt độ
Nhiệt kế điện tử(nhiệt độ→điện) Nhiệt kế điện trở(nhiệt độ→điện trở)
Nhiệt kế thủy ngân(Nhiệt độ→chiều dài)
Yếu tố kiểm soát cân
nặng
Cảm biến tải trọng (load cell)(cân nặng→điện áp)
Máy đo (Strain gauge)(cân nặng→điện trở)
Cân lò xo(cân nặng→chiều dài) Cân đôi(cân nặng→độ nghiêng/độ
thăng bằng) Yếu tố số
lượng Máy đếm điện tử(số lượng→điện)
Máy đếm cơ
: (số lượng→quay bánh răng)
Cảm biến kiểm sóat là thiết bộ thông tin của đối tượng và phát ra tín hiệu mong muốn của bộ điều khiển. Hãy cùng tìm hiểu ý nghĩa của tín hiệu.
Người đi bộ sẽ dừng bước khi đèn báo hiệu chuyển màu đỏ. Trong trường hợp này, tín hiệu của đèn tín hiệu thông báo về việc ưu tiên cho xe ô tô đi trong một khỏang thời gian cố định. Tất nhiên việc này cũng có thể được thực hiện bằng tay của cảnh sát giao thông, nhưng tín hiệu trong cả 2 trường hợp đều thông báo về trạng thái giao thông.
Đèn đỏ trên lò điện cho biết lò điện đang bật hay đang tắt, đây cũng là một loại tín hiệu cung cấp thông tin cho người sử dụng. Ánh sáng trên lò sưởi điện là tín hiệu cho người sử dụng biết nhiệt độ đang cao hay thấp. Giống như thế, tín hiệu đóng vai trò người truyền tải thông tin, cảm biến về cơ bản là thiết bị thực hiện bằng phương pháp điện năng việc truyền tải thông tin. Tức là phần lớn kết quả xuất từ cảm biến có thể coi là tín hiệu điện.