a. Thí nghiệm cảm biến quang loại phản xạ- khuếch tán. Sơ đồ kết nối thí nghiệm:
Hình 24: Mơ tả kết nối thí nghiệm cảm biến quang loại phản xạ khuếch tán.
Khoa Công nghệ Tự động
o Nối 0V (bộ nguồn) --- chân 0V (cảm biến)(Blue) --- 0V (Control unit)--- chân
13 (relay).
o Nối ngõ ra (cảm biến)(Black) --- chân 14 (relay).
o Nối chân L (ngõ ra 220VAC của nguồn) --- chân L của tải đèn. o Nối chân N của tải đèn --- chân 5 (Relay).
o Nối chân 9 (Relay)--- chân N (ngõ ra 220VAC của nguồn)
Bật công tắc nguồn và chỉnh biến trở thay đổi tốc độ động cơ và quan sát
Khoa Công nghệ Tự động
b. Thí nghiệm cảm biến quang loại gương. Sơ đồ kết nối thí nghiệm: Sơ đồ kết nối thí nghiệm:
Hình 25: Mơ tả kết nối thí nghiệm cảm biến quang loại gương.
Khoa Cơng nghệ Tự động
o Nối 0V (bộ nguồn) --- chân 0V (cảm biến)(Blue) --- 0V (Control unit)--- chân
13 (relay).
o Nối ngõ ra (cảm biến)(Black) --- chân 14 (relay).
o Nối chân L (ngõ ra 220VAC của nguồn) --- chân L của tải đèn. o Nối chân N của tải đèn --- chân 5 (Relay).
o Nối chân 9 (Relay)--- chân N (ngõ ra 220VAC của nguồn)
Bật công tắc nguồn và chỉnh biến trở thay đổi tốc độ động cơ và quan sát
Khoa Công nghệ Tự động
c. Thí nghiệm cảm biến quang loại thu phát riêng. Sơ đồ kết nối thí nghiệm: Sơ đồ kết nối thí nghiệm:
Hình 26: Mơ tả kết nối thí nghiệm cảm biến quang loại thu phát riêng.
o Nối 24V (bộ nguồn) --- chân V+ (cảm biến thu)(Brown) --- chân V+ (cảm biến phát) (Brown) ---24V (Control unit).
o Nối 0V (bộ nguồn) --- chân 0V (cảm biến thu) (Blue)--- chân 0V (cảm biến phát) (Blue) --- 0V (Control unit)--- chân 13 (relay).
o Nối ngõ ra (cảm biến) (Black) --- chân 14 (relay).
Khoa Công nghệ Tự động
o Nối chân N của tải đèn --- chân 5 (Relay).
o Nối chân 9 (Relay)--- chân N (ngõ ra 220VAC của nguồn)
Bật công tắc nguồn và chỉnh biến trở thay đổi tốc độ động cơ và quan sát
relay,đèn.
3.2.2 Cảm biến tiệm cận:
I. Khái niệm:
Một Cảm biến tiệm cận (còn được gọi là "Công tắc tiệm cận" hoặc đơn
giản là "PROX") cảm ứng khi có vật ở gần cảm biến. Trong hầu hết các trường
hợp, khoảng cách này chỉ là vài mm. Cảm biến tiệm cận thường phát hiện vị trí cuối của chi tiết máy và tín hiệu đầu ra của cảm biến khởi động một chức năng
khác của máy.
Các lợi ích chính của cảm biến tiệm cận cơng nghiệp là:
Vận hành đáng tin cậy ngay cả trong môi trường khắc nghiệt (ví dụ:
mơi trường ngồi trời hoặc môi trường dầu mỡ) Vận hành/cài đặt đơn giản và dễ dàng
Mức giá hấp dẫn ( rẻ hơn cảm biến quang điện)
Ngày nay, cảm biến tiệm cận có mặt trong nhiều loại hình cơng nghiệp và ứng dụng,
ví dụ:
Cơng nghiệp chế tạo ô tô Công nghiệp máy công cụ Công nghiệp chế biến thực phẩm
Xe đa dụng (ví dụ: xe tải, máy nông nghiệp)
Khoa Cơng nghệ Tự động
Có 2 loại cảm biến tiệm cận cơng nghiệp chính là:
Cảm biến tiệm cận loại điện cảm phát hiện các vật bằng cách tạo ra trường điện từ, dùng để phát hiện các vật thể bằng vật kim loại.
Cảm biến tiệm cận loại điện dung phát hiện các vật bằng cách tạo ra trường điện dung tĩnh
điện. Do đó, thiết bị này có thể phát hiện mọi loại vật.
Mặc dù cảm biến điện cảm chỉ phát hiện được các vật kim loại, chúng phổ biến
hơn nhiều trong công nghiệp. Những cảm biến này ít chịu ảnh hưởng của các nhiễu
bên ngoài hơn và quan trọng - những cảm biến này có giá thành thấp hơn cảm biến
điện dung.
II. Cảm biến tiệm cận loại điện cảm:
a. Cấu tạo: gồm 4 bộ phận chính:
Hình 27: Sơ đồ khối cảm biến điện cảm.
Đầu phát hiện gồm 1 cuộn dây quấn trên lõi sắt từ có nhiệm vụ tạo ra từ trường biến thiên
trong khơng gian phía trước.
Hình 28: Cấu tạo và cách bố trí cuộn dây và lõi sắt của đầu phát hiện.
Khoa Công nghệ Tự động
Mạch phát hiện mức dùng để so sánh biên độ tín hiệu của mạch dao động.
Mạch ngõ ra dùng để tạo mức logic cho tín hiệu ngõ ra của cảm biến. b. Nguyên lý hoạt động:
Khi có mục tiêu cần phát hiện (đối tượng) bằng kim loại tới gần cảm biến (vào vùng từ trường biến thiên của cảm biến), từ trường biến thiên do mạch dao
động gây ra tập trung ở lõi sắt sẽ gây nên một dịng điện xốy trên bề mặt của
đối tượng. Dịng điện xốy sinh ra trên bề mặt đối tượng tạo nên một tải làm
giảm biên độ tín hiệu của mạch dao động. Khi biên độ của tín hiệu dao động nhỏ
hơn một ngưỡng định trước, mạch phát hiện mức sẽ tác động mạch ngõ ra để đặt
trạng thái ngõ ra lên ON. Khi đối tượng rời khỏi vùng từ trường của cảm biến,
biên độ tín hiệu ở mạch dao động tăng lên, khi tín hiệu ở mạch dao động có biên
độ lớn hơn ngưỡng, mạch phát hiệm mức sẽ tác động mạch ngõ ra tạo trạng thái
ngõ ra là OFF.
Khoa Công nghệ Tự động
Một số cảm biến tiệm cận dạng điện cảm trong cơng nghiệp
Hình 30: Một số cảm biến tiệm cận dạng điện cảm trong công nghiệp III. Cảm biến tiệm cận loại điện dung biến tiệm cận loại điện dung
a. Cấu tạo:
Cảm biến tiệm cận dạng điện dung có cấu tạo gầm 4 phần tử như cảm biến tiệm cận dạng điện cảm như hình:
Hình 31: Sơ đồ khối cảm biến điện dung
Điểm khác biệt so với cảm biến tiệm cân dạng điện cảm đó chính là đầu phát hiện
trong cảm biến lân cận điện dung là một bản cực của tụ điện. b. Nguyên lý hoạt động
Khi mục tiêu cần phát hiện di chuyển đến gần đầu phát hiện của cảm biến sẽ làm
điện dung của tụ điện (được tạo bởi một bản cực là bề mặt của đầu thu và bản cực cịn
lại chính là đối tượng) C bị thay đổi. Khi điện dung của tụ điện bị thay đổi thì mạch
dao động sẽ tạo ra tín hiệu dao động. Khi tín hiệu dao động có biên độ lớn hơn một
Khoa Công nghệ Tự động
tượng ở xa cảm biến, biên độ tín hiệu ở mạch dao động sẽ nhỏ, mạch phat hiện mức sẽ điều khiển mạch ra ở trạng thái OFF.
Hình 32: Mô tả hoạt động cảm biến điện dung
Một số dạng cảm biến tiệm cận dạng điện dung:
Hình 33. Một số dạng cảm biến tiệm cận dạng điện dung 3.2.3 Cấu trúc ngõ ra của cảm biến logic ( cách nối tải) 3.2.3 Cấu trúc ngõ ra của cảm biến logic ( cách nối tải)
Ngày nay, hầu hết cảm biến cảm ứng đều có đặc điểm đầu ra tranzito có logic NPN hoặc PNP Những loại này còn được gọi là kiểu DC-3 dây.
Khoa Công nghệ Tự động
Trong một số trường hợp cài đặt, người ta sử dụng cảm biến tiệm cận có 2 kết nối (âm và dương). Chúng được gọi là kiểu DC-2 dây.
Hình 35: Cấu trúc ngõ ra của cảm biến logic kiểu DC-2 dây
Cách đấu cảm biến 3 dây với tải
Hình 36: Cách đấu cảm biến 3 dây với tải
Cách đấu dây cảm biến 2 dây với tải
Khoa Công nghệ Tự động
Cách đấu cảm biến 3 dây với PLC.
Hình 38: Cách đấu dây cảm biến 3 dây với PLC.
Cách đấu dây cảm biến 2 dây với plc
Khoa Công nghệ Tự động
3.2.4 Các lưu ý khi sử dụng cảm biến tiệm cận
Thường Mở/Thường Đóng
Cảm biến tiệm cận được chia theo chế độ hoạt động thường mở (NO) và thường đóng
(NC) mơ tả tình trạng có tín hiệu đầu ra của cảm biến sau khi có hoặc không phát hiện được vật. NO: Tín hiệu điện áp cao, khi phát hiện ra vật; tín hiệu điện áp thấp khi không
có vật
NC: Tín hiệu cao khi khơng có vật; tín hiệu thấp khi phát hiện ra vật. Khoảng cách Phát hiện - Tỷ lệ tiêu chuẩn
Khoảng cách phát hiện là một thông số kỹ thuật quan trọng khi thiết kế trong máy.
Có ba loại là khoảng cách phát hiện ngắn, vừa và dài.
Khoảng cách phát hiện được nêu trong thông số kỹ thuật của cảm biến tiệm cận cảm ứng dựa trên mục tiêu chuẩn di chuyển hướng trục của cảm biến. Mục tiêu chuẩn này là một bản thép mềm hình vng dày 1 mm, vật có thành phần chính là sắt.
Hình 40: Mơ tả khoảng cách phát hiện của cảm biến
Lưu ý: Đối với các vật di chuyển hướng tâm về phía bề mặt cảm ứng, khoảng cách phát hiện sẽ khác.
Hệ số giảm khoảng cách phát hiện
Tùy thuộc vào loại kim loại được sử dụng, phạm vi phát hiện có thể nhỏ hơn khoảng cách phát hiện định mức. Bảng sau cung cấp mức giảm khoảng cách phát hiện
Khoa Công nghệ Tự động
chi tiết về sự lệ thuộc vào các loại kim loại có trong thơng tin kỹ thuật của tài liệu mỗi cảm biến cảm ứng.
Lưu ý: Các cảm biến cảm ứng đặc biệt có khoảng cách không phụ thuộc vào khoảng
cách của loại kim loại sử dụng. Chúng còn được gọi là cảm biến tiệm cận "Hệ số 1″ .
Hình 41: Mơ tả khỏang cách phát hiện phụ thuộc vào kim loại được sử dụng Ảnh hưởng của kích thước vật:
Khoảng cách phát hiện cũng chịu ảnh hưởng của kích thước của vật (vật nhỏ hơn sẽ làm giảm khoảng cách phát hiện.
Đồng thời loại và độ dày của lớp mạ cũng ảnh hưởng đến khoảng cách phát hiện thực.
Hình 42:Mơ tả ảnh hưởng của kích thước vật đối với cảm biến
Khoảng cách phát hiện - độ trễ
Độ trễ của cảm biến mô tả sự chênh lệch giữa khoảng cách mà cảm biến
hoạt động và khoảng cách mà cảm biến trở lại trạng thái ban đầu. Độ trễ nhỏ cho phép định vị chính xác vật.
Khoa Cơng nghệ Tự động
Hình 43: Khoảng cách phát hiện - độ trễ
Cảm biến tiệm cận được bảo vệ
PROX được bảo vệ có cấu tạo gồm một tấm chắn quanh lõi từ. Tấm này có tác dụng dẫn trường điện từ đến trước phần đầu.
Hình 44: Cảm biến cảm ứng được bảo vệ
Cảm biến tiệm cận được bảo vệ có thể được lắp chìm bằng mặt trên bề mặt kim loại, nếu không gian chật hẹp. Điều này cũng có lợi là có thể bảo vệ
cảm biến về mặt cơ học. Tuy nhiên, phạm vi phát hiện bị hạn chế, nhưng có thể lắp cảm biến dễ dàng với các kim loại xung quanh mà không gây ra ảnh hưởng
nào.
Cảm biến tiệm cận không được bảo vệ
Cảm biến không được bảo vệ khơng có lớp bảo vệ quanh lõi từ. Sự khác biệt giữa cảm biến được bảo vệ và không được bảo vệ có thể quan sát được một
cách dễ dàng. Thiết kế này cho khoảng cách phát hiện lớn hơn cảm biến tiệm
cận được bảo vệ. Cảm biến cảm ứng khơng được bảo vệ có khoảng cách phát
Khoa Công nghệ Tự động
Hình 45: Cảm biến cảm ứng khơng được bảo vệ
Không thể lắp PROX không được bảo vệ chìm bằng mặt với bề mặt kim loại Do
đó, khả năng bảo vệ về mặt cơ học thấp hơn. Vì từ trường mở rộng ra tới cạnh của
cảm biến, nên có thể bị ảnh hưởng của những kim loại trong khu vực này. Cảm biến tiệm cận không được bảo vệ cũng nhạy cảm hơn với giao thoa hỗ tương. Để tránh
trục trặc khi lắp loại cảm biến này, vui lòng làm theo các hướng dẫn có trong bản dữ
liệu.
3.2.5 Chọn cảm biến tiệm cận.
Nếu muốn chọn đúng cảm biến tiệm cận cho một ứng dụng, cần phải lưu ý đến một số
điều sau:
Điều kiện cụ thể của vật (loại kim loại, kích thước, lớp mạ)
Hướng chuyển động của mục tiêu Vận tốc của mục tiêu
Ảnh hưởng của kinh loại xung quanh
Ảnh hưởng của nhiệt độ, điện áp, EMC, độ rung, va chạm, độ ẩm, dầu, bột,
hóa chất hoặc chất tẩy rửa Khoảng cách phát hiện bắt buộc
Khoa Cơng nghệ Tự động
B. Thí nghiệm cảm biến tiệm cận [7] I . Giới thiệu chung về thiết bị: I . Giới thiệu chung về thiết bị:
Module thí nghiệm cảm biến tiệm cận Giá đỡ động cơ và mâm quay chia 3 góc.
Các Module cần thiết cho thí nghiệm: Bộ nguồn ,relay và tải đèn. II . Giới thiệu các module sử dụng trong mơ hình.
Sử dụng chung các module đã nêu trong phần cảm biến quang. III. Nội dung thí nghiệm
a. Thí nghiệm cảm biến điện cảm.
Sơ đồ kết nối thí nghiệm:
Hình 47: Mơ tả kết nối thí nghiệm cảm biến điện cảm
o Nối 24V (bộ nguồn) --- chân V+ (cảm biến)---24V (Control unit).
o Nối 0V (bộ nguồn) --- chân 0V (cảm biến) --- 0V (Control unit)--- chân 13 (relay).
o Nối ngõ ra (cảm biến) --- chân 14 (relay).
o Nối chân N (ngõ ra 220VAC của nguồn) --- chân N của tải đèn. o Nối
chân L của tải đèn --- chân 5 (Relay).
o Nối chân 9 (Relay)--- chân L (ngõ ra 220VAC của nguồn)
Bật công tắc nguồn và chỉnh biến trở thay đổi tốc độ động cơ và quan sát relay, đèn.
Khoa Công nghệ Tự động
b. Thí nghiệm cảm biến điện dung.
Sơ đồ kết nối thí nghiệm:
Hình 48: Mơ tả kết nối thí nghiệm cảm biến điện dung
o Nối 24V (bộ nguồn) --- chân V+ (cảm biến)---24V (Control unit).
o Nối 0V (bộ nguồn) --- chân 0V (cảm biến) --- 0V (Control unit)--- chân 13 (relay).
o Nối ngõ ra (cảm biến) --- chân 14 (relay).
o Nối chân N (ngõ ra 220VAC của nguồn) --- chân N của tải đèn. o Nối chân L của tải đèn --- chân 5 (Relay).
o Nối chân 9 (Relay)--- chân L (ngõ ra 220VAC của nguồn)
Bật công tắc nguồn và chỉnh biến trở thay đổi tốc độ động cơ và quan sát relay, đèn.
Nhận xét:
Có thể dễ dàng nhận thấy các mơ hình được trang bị chỉ có tác dụng khảo sát sự hoạt động của cảm biến, chưa có khả năng mở rộng để xây dụng thêm các bài tập thực hành.
Khoa Công nghệ Tự động
3.3 Module mở rộng cho các loại cảm biến logic sử dụng bộ đếm (counter) đa chức
năng:
I. Giới thiệu:
Như đã nêu ở phần trước, hầu hết các mơ hình thí nghiệm chỉ dùng lại ở mức độ
khảo sát sự hoạt động, khộng có khả năng kết nối mở rộng nên không gây sự hứng thú
trong học tập và khó khăn cho giáo viên khi muốn xây dựng hệ thống bài tập thực hành. Nhằm tận dụng tối đa trang thiết bị hiện có tại khoa, bên cạnh đó tạo điều kiện thuận
lợi trong công tác giảng dạy cũng như sự hứng thú trong môn học, tác giả xây dựng thêm module mở rộng ứng dụng của các loại cảm biến logic nhằm giải quyết các vấn đề nêu trên.
II. Thực trạng:
Hình 49: Sơ đồ khối bộ thí nghiệm cảm biến
Các bộ thí nghiệm cảm biến chỉ có khả năng khảo sát hoạt động của chính nó.
III. Giải pháp
Hình 50: Sơ đồ khối kết nối module mở rộng với bộ thí nghiệm cảm biến Module cảm biến cho chuyển đổi các dạng tín hiệu khơng điện thành tín hiệu
Khoa Công nghệ Tự động
Module bộ đếm cho phép kết nối với các dạng điều khiển khác nhau.Với hệ
thống này có thể mở rộng các ứng dụng của cảm biến, cho phép xây dựng hệ thống bải
tập thực hành phong phú trong giảng dạy các mơn học có liện quan đến cảm biến. IV. Bộ đếm đa năng Omron H7CX-A-N
Hình 51: Bộ đếm đa năng Omron H7CX-A-N
Thông số kỹ thuật:
Điện áp cấp 12 đến 24VDC/24 VAC.
Đầu ra tiếp điểm và transistor 12 đến 24VDC / 24 VAC. Bộ
đếm 1 giai đoạn.
Bộ đếm 2 giai đoạn.
Bộ đếm 1 giai đoạn với counter tổng. Bộ
đếm 1 giai đoạn với counter kép. Counter