Hộp giảm tốc có cấu tạo gồm các bánh răng thẳng và nghiêng ăn khớp với nhau theo một tỷ số truyền nhất ịnh, khi có nguồn iện cấp vào, thiết bị này có thể tạ o nên vòng quay phù hợp với yêu cầu người sử dụng. Tùy vào iều kiện làm việc và tính toán thì người ta sẽ thiết kế 1 hộp giảm tốc phù hợp với công việc.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 29
Hộp số giảm tốc dùng ể giảm tốc ộ vòng quay từ ộng cơ. Khi lắp ráp, một ầu số giảm tốc ược nối với ộng cơ ( xích, ai, hoặc nối cứng), còn ầu còn lại của hộp số giảm tốc ược nối với tải.
Phân loại
– Hộp giảm tốc dựa trên tỉ số truyền chung
+ Hộp giảm tốc 1 cấp + Hộp giảm tốc nhiều cấp
– Loại truyền ộng trong hộp giảm tốc
+ Hộp giảm tốc bánh răng trụ : khai triển, phân ôi, ồng trục. + Hộp giảm tốc bánh răng côn hoặc côn – trụ.
+ Hộp giảm tốc trục vít – bánh răng. + Hộp giảm bánh răng – trục vít.
Ứng dụng
Hộp giảm tốc ược ứng dụng rất a dạng cũng như giữ vai trò quan trọng trong các hoạt ộng sản xuất. Ví dụ như trên băng chuyền sản xuất thực phẩm, thức ăn gia súc, sản xuất bao bì,… trong khuấy trộn, cán thép, xi mạ, trong các hệ thống cấp liệu lò hơi,… Ứng dụng mà bạn dễ thấy nhất của hộp số giảm tốc chính là ở ộng cơ của xe máy và ồng hồ.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 29
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 29
Chương 3. THIẾT KẾ
3.1. GIỚI THIỆU
Với ề tài này thì yêu cầu phải làm sao cho cơ cấu có thể nâng, hạ và lấy xe ra vào khung ể có thể dễ dàng thao tác trong việc lấy và cất xe, cùng với ó thì việc giao tiếp quẹt thẻ RFID và chụp ảnh từ Camera. Vì vậy nhóm phải thiết kế c ác yêu cầu sau:
- Thiết kế mạch iều khiển ảo chiều cho các ộng cơ.
- Thiết kế mạch kết nối ngõ vào của PLC với cảm biến và công tắc hành trình.
- Thiết kế mạch kết nối ngõ ra của PLC với relay ể iều khiển ộng cơ.
- Thiết kế bộ ọc thẻ RFID từ mạch ọc thẻ RFID - RC522 và Adruino Uno R3.
3.2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG3.2.1. Thiết kế sơ ồ khối hệ thống 3.2.1. Thiết kế sơ ồ khối hệ thống
Hình 3.1. Sơ ồ khối toàn hệ thống
Chức năng của từng khối
–Khối nguồn: cung cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống hoạt ộng.
–Khối ọc thẻ RFID: bộ ọc thẻ từ RFID có nhiệm vụ ọc mã thẻ. –Khối thu nhận hình ảnh: dùng camera ể chụp ảnh.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 30
–Khối cảm biến: xác ịnh vị trí cánh tay nâng hạ xe.
–Khối ộng cơ và rơ le: bao gồm các rơ le và các ộng cơ 24VDC ể vận hành
mô hình.
–Khối xử lý trung tâm:
+ Sử dụng laptop tích hợp sẵn những công cụ lập trình có nhiệm vụ thu nhận, x ử lý, lưu trữ mã thẻ từ ầu ọc thẻ RFID, nhận dạng biển số từ hình chụp ược b ằng Camera, giao tiếp với PLC.
+ PLC nhận tín hiệu từ máy tính và các tín hiệu ngõ vào ể iều khiển ộng cơ.
Hoạt ộng của hệ thống – Cất xe
Khi có xe vào thì nhân viên quẹt thẻ, lúc này hệ thống bắt ầu việc so s ánh xem ã có xe trong bãi hay chưa, nếu chưa thì bắt ầu cất xe vào bãi. Hệ thống bắt ầu chụp ảnh cũng như ịnh vị vị trí còn trống trong bãi và ra lệnh cho hệ thống tay nâng xe bắt ầu việc nâng xe ra khỏi khung và di chuyển ến vị trí ặt xe, lúc này tay nâng xe bắt ầu việc ặt xe vào vị trí và hoàn tất việc cất xe.
– Trả xe
Cũng như việc cất xe thì việc lấy xe trả khách cũng tương tự. Lần lượt khách quẹt thẻ sau ó hệ thống sẽ xem xe ã có trong bãi chưa, nếu ã có thì bắt ầu di chuyển tay nâng xe ến vị trí của xe ồng thời nâng xe ra khỏi khung sau ó di chuyển ến vị trí ra trả xe cho khách.
– Sự cố mất thẻ
Vì khách hàng mất thẻ từ nên việc lấy xe bằng quá trình quét thẻ không ược thực hiện. Như vậy, hành khách muốn lấy ược xe buộc phải chứng minh xe mình ược gửi trong bãi bằng các giấy tờ tùy thân.
Nhân viên kiểm tra giấy tờ của khách hàng, kiểm tra biển số xe có tồn tại trong cơ sở dữ liệu không. Nếu có thì truy xuất vị trí ỗ xe ể tiến hành trả xe với chế ộ iều khiển bằng tay và lưu lại thông tin khách hàng mất thẻ. Sau ó tiến hành xóa thông tin xe ã gửi trong cở sở dữ liệu.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 31 3.2.2. Thiết kế phần cứng
a.Thiết kế khối khối xử lý trung tâm
Khối xử lý trung tâm bao gồm PLC và máy tính giao tiếp với nhau qua cổng Enthernet.
Với ề tài này thì nhóm sử dụng 2 cảm biến quang ể xác ịnh tọa ộ của từng vị trí ể xe, 5 công tắc hành trình ể giới hạn chuyển ộng ra vào, lên xuống, quay của cơ c ấu nâng hạ, 6 rơ le tương ứng với 3 ộng cơ DC ể xử lý ảo chiều quay của ộng cơ. Như vậy, có tổng tất cả 7 ngõ vào và 6 ngõ ra. Nhóm chọn PLC S7 – 1200 CPU 1214C DC/DC/DC làm thiết bị cho khối xử lý trung tâm.
Hình 3.2. Kết nối PLC với máy tính.
Hình 3.3. PLC S7 – 1200 CPU 1214C DC/DC/DC Bảng 3.1. Thông số cơ bản của PLC S7 – 1200 CPU 1214C DC/DC/DC
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 33
DC/DC/DC
Kích thước
- Chiều rô ̣ng
- Chiều cao
- Chiều sâu
- 110 mm
- 100 mm
- 75 mm
Khối lượng 415 g
Nguồn cung cấp
Giới hạn dưới cho phếp Giới hạn trên cho phếp
24 VDC 20.4V DC 28.8V DC Số lượng ngõ vào ra - DI - D0 - AI - 14 (24V DC) - 10 (24V DC) - 2 (0-10V DC) Bộ nhớ 100KB Dòng iện - Dòng iện tiêu thụ - Dòng iện tiêu thụ tối a
- Dòng iện khởi ộng
- 500 mA cho duy nhất CPU.
- 1500 mA cho CPU và tất cả các mô un mở rộng.
- 12 A tại 28.8 VDC.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 34
Thời gian xử lý của CPU
- Cho toán hạng bit
- Cho toán hạng Word
- Cho phép toán với dấu phảy ộng
- 0.085 µs/lê ̣nh
- 1.7 µs/lê ̣nh
- 2.3 µs/lê ̣nh
Tổng số lượng block
DBs, FCs, FBs, bộ ếm và bộ ịnh thời. tầm ịa chỉ của các blocks từ 1 ến 65535. Chúng không bị giới hạn, toàn bộ bộ nhớ thực thi có thể ược sử dụng
Kiểu truyền thông PROFINET
Ngôn ngữ la ̣p trình
- LAD- FBD
- SCL
b. Thiết kế khối ọc thẻ RFID
Sử dụng Arduino Uno R3 và mạch ọc thẻ RFID RC522 ể ọc mã thẻ từ các thẻ Tag, kết nối với máy tính qua cổng USB.
Arduino Uno R3
Giới thiệu chung
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 35
Arduino Uno R3 là một mạch vi xử lý phát triển sử dụng vi iều khiển Atmega328P nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác với nhau hoặc với môi trường ược thuận lợi hơn. Arduino sử dụng mã nguồn mở, có thể giao tiếp với nhiều ngoại vi như các cảm biến, các mạch iện tử, mạch công suất, ộng cơ... Arduino Uno R3 nói riêng và các loại Arduino khác nói chung ều có thể chạy ộc lập hoặc có thể giao tiếp với các phần mềm chạy trên máy tính. Đi cùng với nó là một môi trường phát triển tích hợp (IDE) chạy trên các máy tính cá nhân thông thường và cho phép người dùng viết các chương trình cho Aduino bằng ngôn ngữ C hoặc C++.
Thông số kỹ thuật
Bảng 3.2. Thông số kỹ thuật của Arduino Uno R3.
Vi iều khiển Atmega328 họ 8bit
Điện áp hoạt ộng 5V DC (chỉ ược cấp qua cổng USB)
Tần số hoạt ộng 16 MHz
Dòng tiêu thụ khoảng 30mA
Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC
Điện áp vào giới hạn 6-20V DC
Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM)
Số chân Analog 6 ( ộ phân giải 10bit)
Dòng tối a trên mỗi chân I/O 30 mA
Dòng ra tối a (5V) 500 mA
Dòng ra tối a (3.3V) 50 mA
Bộ nhớ flash 32 KB (Atmega328) với 0.5KB dùng bởi
bootloader
SRAM 2 KB (Atmega328)
EEPROM 1 KB (Atmega328)
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 36
Cấu tạo và chức năng các chân iều khiển
– Các chân nguồn trên Arduino Uno R3
+ Vin: Có thể cấp nguồn cho UNO thông qua chân này. Cách cấp nguồn này ít ược sử dụng.
+ 5V: Chân này có thể cấp nguồn 5VDC từ mạch Arduino Uno R3 ra môi trường ngoài.
+ 3.3V: Chân này cho nguồn 3.3VDC và dòng iện tối a là 50mA. + GND: Chân nối ất.
– Các chân I/O trên Arduino Uno R3
+ Chân giao tiếp nối tiếp: 0 – RX , 1 – TX , truyền nhận dữ liệu nối tiếp theo chuẩn UART.
+ Chân cho phép ngắt ngoài: 2 và 3.
+ Chân PWM: 3, 5, 6, 9, 10, và 11 xuất xung PWM với ộ phân giải 8 – bit. + Chân giao tiếp SPI: 10 – SS, 11 – MOSI, 12 – MISO, 13 – SCK.
+ Chân giao tiếp I2C: A4 – SDA và A5 – SCL. + Chân reset: cho phép thiết lập lại vi iều khiển.
+ Chân Analog: Có 6 chân analog (A0 – A5) ược dùng ể ọc giá trị iện áp ưa vào với dải iện áp từ 0 – 5VDC và có ộ phân giải 10 – bit.
Hình 3.6. Bố trí linh kiện trên Arduino Uno R3
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 37
Giới thiệu
Mạch ọc thẻ RFID RC522 dùng ể ọc các loại thẻ RFID, móc khóa RFID tần số 13,56 Mhz. Giao tiếp dễ dàng với các Board Auduino và các vi iều khiển. Mạch ọc thẻ RFID RC522 ược ứng dụng rộng rãi trong các mô hình như bảo mật xe máy, óng mở cửa bằng thẻ RFID, các hệ thống quản lý, chấm công dựa trên mã thẻ
RFID,…
Hình 3.7. Mạch ọc thẻ RFID RC522
Thông số kỹ thuật
– Điện áp hoạt ộng: 3.3VDC.
– Dòng: 13 - 26mA, dòng ở chế ộ chờ: 10 - 13mA, dòng ở chế ộ nghỉ: <
80uA.
– Tần số sóng mang: 13.56MHz.
– Khoảng cách hoạt ộng: 0 - 60mm.
– Giao tiếp: SPI.
– Tốc ộ truyền dữ liệu: tối a 10Mbit/s.
– Kích thước: 40mm × 60mm.
– Nhiệt ộ hoạt ộng: - 20⁰C ~ 80⁰C.
– Độ ẩm hoạt ộng: 5% ~ 95%.
– Các loại card RFID hỗ trợ: mifare1 S50, mifare1 S70, mifare
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 38
Cấu tạo và chức năng các chân
– 1: SDA(CS) - Chân lựa chọn chip khi giao tiếp SPI( Kích hoạt ở mức
thấp).
– 2: SCK - Chân xung trong chế ộ SPI.
– 3: MOSI (SDI) - Master Data Out - Slave In trong chế ộ giao tiếp SPI.
– 4: MISO (SDO) - Master Data In - Slave Out trong chế ộ giao tiếp SPI.
– 5:IRQ - Chân ngắt.
– 6:GND - Chân mass.
– 7:RST - Chân reset.
– 8: 3.3V.
Hình 3.8. Sơ ồ chân Mạch ọc thẻ RFID RC522
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 39
Hình 3.9. Sơ ồ kết nối Arduino Uno R3 và Mạch ọc thẻ RFID RC522
c. Thiết kế khối thu nhận hình ảnh
Sử dụng Webcam Colorvis ND60 ể chụp ảnh, kết nối với máy tính qua cổng USB.
Thông số kỹ thuật
– Hỗ trợ tất cả các hệ iều hành Windows, Mac OS, Linux,...
– Cảm biến 500.000.000 pixels CMOS.
– Hỗ trợ 2 chuẩn ảnh phổ biến:
RGB24, YUY2.
– Độ phân giải 1.3M
– Kết nối qua cổng USB.
Hình 3.10. Webcam Colorvis ND60
d. Thiết kế khối công tắc hành trình và khối cảm biến
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 40
Với ề tài này thì nhóm quyết ịnh chọn công tắc hành trình Omron V5F932DN.
Hình 3.11. Công tắc hành trình Omrom V- 5F932DN
Thông số kỹ thuật:
– Điện áp hoạt ộng: 12 – 30 VDC.
– Dòng iện: 3A.
– Loại tác ộng: Chốt òn bẩy.
– Tiếp iểm: 1NO, 1NC (SPDT).
– Tần suất hoạt ộng:
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 41
– + Điện: 60 lần/phút.
– Tuổi thọ
– + Cơ: 50.000.000 lần tác ộng (60 lần / phút).
– + Điện: 100.000; 300.000 lần tác ộng (30 lần / phút).
– Cấp bảo vệ: IEC IP40.
Khối cảm biến: sử dụng cảm biến quang Panasonic Panadac 914
Hình 3.12. Cảm biến quang Panasonic Panadac 914
Thông số kỹ thuật
– Loại cảm biến: ngõ ra NPN collector hở.
– Loại phát hiện: loại thu phát
– Điện áp hoạt ộng: 5 - 24VDC.
– Tần số áp ứng tốc ộ cao : 2kHz.
– Dòng iện tiêu thụ tối a: 30mA.
– Khoảng cách hoạt ộng: 3.5mm.
– Nhiệt ộ hoạt ộng: - 25°C ~ 55°C.
– Nguồn sáng: LED hồng ngoại (940nm).
– Chỉ thị hoạt ộng bằng LED ỏ.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 42
Hình 3.13. Sơ ồ kết nối cảm biến, công tắc hành trình với PLC.
e.Thiết kế khối ộng cơ và rơ le
Mô hình này nhóm dùng 3 ộng cơ và 6 rơ le. Tương ứng mỗi ộng cơ sẽ có 2
ngõ ra của PLC ể iều khiển 2 rơ le kích dẫn cho ộng cơ hoạt ộng. Rơ le trung
gian
Với ề tài này nhóm quyết ịnh chọn rơ le trung gian Omron 8 chân MY2N 24VDC.
Thông số kỹ thuật
– Loại rơ le 8 chân nhỏ, có èn.
– Điện áp cuộn ịnh mức:24VDC.
– Dòng iện inh mức: 5A.
– Số cặp tiếp iểm: DPDT(2).
– Kích thước: 36x28x21,5 mm.
– Công suất tiêu thụ: 900mW
Hình 3.14. Rơ le trung gian Omron MY2N
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 43
Hình 3.15. Sơ ồ kết nối ngõ ra PLC với 2 rơ-le 13_1 và 13_2.
Chú thích: 13_1,13_2 là chân kết nối với cuộn dây k ích dẫn của rơ le
Động cơ: sử dụng ộng cơ giảm tốc có hộp số Tsukasa TG-85E-CH-77-D919.
Hình 3.16.Động cơ giảm tốc Tsukasa TG-85E-CH-77-D919
Thông số kỹ thuật
– Điện áp ịnh mức: 24VDC.
– Điện áp làm việc: 12V - 24VDC.
– Dòng iện khi không tải: 100mA.
– Dòng iện khi có tải là: 500mA.
– Tốc ộ khi không tải: 134 Vòng/phút.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 44 – Tỉ lệ giảm tốc: 1/40.
– Momen ịnh mức: 7,5 kgf.cm.
– Momen xoắn tối a: 13 kgf.cm.
– Công suất tiêu thụ: 12W.
Hình 3.17. Cấu tạo ộng cơ giảm tốc Tsukasa TG-85E-CH-77-D919
Chú thích: 13_1,13_2 là tín hiệu kết nối với ngõ ra PLC
Hình 3.18. Sơ ồ mạch iều khiển và ảo chiều ộng cơ DC.
f.Thiết kế khối nguồn
– Camera và bộ ọc thẻ RFID (gồm Arduino Uno R3 và mạch ọc thẻ RFID
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 45
– PLC S7 – 1200 CPU 1214C DC/DC/DC sử dụng iện áp 24VDC, dòng
tiêu thụ tối a 1500mA
– Cảm biến quang Panadac 914A sử dụng iện áp từ 5VDC ến 24VDC,
dòng tiêu thụ tối a 35mA.
– Công tắc hành trình Omron V-5F932DN sử dụng iện áp từ 12VDC ến
24VDC, dòng tiêu thụ 3A.
– Động cơ giảm tốc Tsukasa TG-85E-CH-77-D919 sử dụng iện áp
12VDC ến 24VDC, dòng iện tiêu thụ tối a 500mA.
Với những thông số kỹ thuật, iện áp sử dụng và dòng iện tiêu thụ ã phân tích