– Nguyên lý hoạt ộng: khi cấp nguồn iện ịnh mức vào thì cuộn hút sẽ trở
thành nam châm iện và hút lấy tiếp iểm, khi ó tiếp iểm thường mở NO sẽ óng, cho dòng iện chạy qua và tải (bóng èn) sẽ hoạt ộng (sáng lên). Phân loại
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 26
– Theo mức iện áp hoạt ộng: 5V, 12V, 24V (DC); 220V (AC).
– Theo số tiếp iểm: 1 tiếp iểm, 2 tiếp iểm, 4 tiếp iểm.
– Theo số chân: 8 chân, 14 chân.
Ứng dụng
Trong thực tế, bộ rơ le trung gian gồm nhiều tiếp iểm và hoạt ộng với các mức iện áp khác nhau, tùy theo nhu cầu sử dụng mà khách hàng có thể lựa chọn. Được tích hợp trong các bảng mạch iều khiển iện tử dân dụng cũng như trong công nghiệp, với ưu iểm thiết kế nhỏ gọn và dễ dàng lắp ặt thay thế.
Hình 2.19. Một số loại Rơ le trung gian
2.3.5. Động cơ DC giảm tốc có hộp số a. Động cơ DC [10*]
Giới thiệu
Động cơ DC là ộng cơ iện hoạt ộng với dòng iện một chiều. Đầu dây ra của ông cơ thường gồm hai dây (dây nguồn - VCC và dây tiếp ất - GND).
Khi cung cấp năng lượng, ộng cơ DC sẽ bắt ầu quay, chuyển iện năng thành cơ năng. Hầu hết các ộng cơ DC sẽ quay với cường ộ RPM rất cao ( số vòng quay/ phút). Tốc ộ không tải của ộng cơ DC nếu không giảm tốc có thể ạt từ 1000RPM tới 40.000RPM.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt ộng
–Cấu tạo: gồm có 3 phần chính stator (phần cảm), rotor (phần ứng), và phần cổ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 27
+ Stator của ộng cơ iện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, hay nam châm iện.
+ Rotor có các cuộn dây quấn và ược nối với nguồn iện một chiều.
+ Bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ là ổi chiều dòng iện trong khi chuyển ộng quay của rotor là liên tục. Thông thường bộ phận này gồm có một bộ cổ góp và một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp.
Hình 2.20. Nguyên lý hoạt ộng của ộng cơ iện một chiều
+ Pha 1: Từ trường của rotor cùng cực với stator, sẽ ẩy nhau tạo ra chuyển ộng quay của rotor.
+ Pha 2: Rotor tiếp tục quay.
+ Pha 3: Bộ phận chỉnh iện sẽ ổi cực sao cho từ trường giữa stator và rotor cùng dấu, trở lại pha 1.
Nếu trục của một ộng cơ iện một chiều ược kéo bằng 1 lực ngoài, ộng cơ sẽ hoạt
ộng như một máy phát iện một chiều, và tạo ra một sức iện ộng cảm ứng. Phân
loại
– Động cơ iện 1 chiều kích từ ộc lập.
− Nguyên l ý ho ạt ộ ng:
Pha 1
Pha 3
Pha 2
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 28
– Động cơ iện 1 chiều kích từ song song.
– Động cơ iện 1 chiều kích từ nối tiếp.
– Động cơ iện 1 chiều kích từ hỗn hợp.
Ứng dụng
Bởi có thể dễ dàng iều chỉnh tốc ộ và khả năng làm việc trong môi trường quá tải nên ộng cơ iện một chiều giữ vai trò rất quan trọng trong công nghiệp. Ứng dụng trong các thiết bị cần iều khiển tốc ộ quay liên tục trong phạm vi lớn như máy công cụ lớn, máy cán thép, máy kéo sợi,… Ngoài ra, ộng cơ iện một chiều còn ược ứng dụng trong học tập, các mô hình ồ án, các công trình nghiên cứu về iện tử, tự ộng hóa.
b. Hộp số giảm tốc [11*]
Giới thiệu
Hộp giảm tốc là bộ phận trung gian giữa ộng cơ và các bộ phận làm việc của máy móc, truyền ộng bằng ăn khớp trực tiếp và tỉ số truyền không ổi.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt ộng
Hình 2.21. Cấu tạo của hộp số giảm tốc
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