Chƣơng 2 LỰA CHỌN GIẢI PHÁP GIẢM PHÁT THẢI NOX
3.2. Thiết kế hệ thống luân hồi khí thải cho động cơ diesel D1146TI
3.2.3. Thiết kế bộ điều khiển van EGR
3.2.3.1. Thiết kế mạch điều khiển van luân hồi khí thải EGR
a. Giới thiệu về dòng vi xử lý PIC16F727
Vi xử lý chính đƣợc lựa chọn và sử dụng là PIC16F727 hiện đang rất phổ biến trên thị trƣờng, và giá thành của vi xử lý cũng phù hợp trong nghiên cứu và ứng dụng.
3 4 5 8 7 6 2 1 Khí nạp Khí nạp sau MN Khí thải
Hình 3.11. Sơ đồ chân vi xử lý PIC16F727
PIC16F727 là dòng vi xử lý đƣợc thiết kế và sản xuất bởi Microchip. Đây là dòng vi xử lý thuộc họ Mid-Range với 32 tập lệnh mạnh và 8 stack point.
- Bộ nhớ flash 14k cho phép ghi đọc đến 100.000 lần - Tích hợp sẵn bộ dao động bên trong chip.
- Có các modun giao tiếp I2C, SPI, USART. - Bộ chuyển đổi ADC 8bit 14 kênh.
- Chân I/O với dòng ra 25mA - Timer 8bit và 2 timer 16bit.
- Có khả năng lập trình ngay trên mạch thơng qua giao tiếp ICSP. - Dải điện áp hoạt động tƣơng đối rộng(1.8-5.5V)
b. Giới thiệu về động cơ BLDC
Hình 3.13. Cấu tạo động cơ BLDC
Hình 3.14. Tín hiệu trả về của senser và điện áp đặt vào các phase của động cơ
BLDC hay cịn gọi là động cơ đồng bộ khơng chổi than. Hiện nay BLDC đƣợc sƣ dụng ngày càng rộng rãi vì có nhiều ƣu điểm nhƣ:
- Khơng có tiếp điểm cơ khí nên khi hoạt động khơng tạo ra tia lửa điện, thích
hợp trong các mơi trƣờng làm việc dễ cháy nổ. Và do khơng có tiếp điểm cơ khí nên cũng ít phải bảo dƣỡng, sửa chữa.
- Mômen khởi động lớn.
- Tốc độ vịng quay cao, khi tích hợp với mạch điều khiển rất dễ để điều khiển
BLDC đƣợc chia làm hai loại, động cơ có senser cảm biến vị trí (Hình 15) và động cơ khơng có senser cảm biến vị trí (Sensorless)
c. Thiết kế mạch điều khiển cho động cơ
Qua tìm hiểu về cấu trúc và hoạt động của động cơ BLDC tôi đƣa ra thiết kế cho mạch điều khiển động cơ gồm các khối sau:
- Khối vi xử lý và các phím điều khiển:
Hình 3.15. Khối vi xử lý chính
Khối vi xử lý gồm vi xử lý PIC16F727, mạch tạo xung dao động thạch anh bên ngoài và mạch reset vi xử lý khi bắt đầu cấp nguồn cho vi xử lý. Với vi xử lý trang bị trên mạch cho phép ngƣời điều khiển lập trình các thuật tốn nhận tín hiệu từ cảm biến và từ đó đƣa ra các tín hiệu điều khiển cơ cấu chấp hành một cách hợp lý và phù hợp với yêu cầu của đề tài.
Mạch tạo xung dao động bên ngoài sử dụng thạch anh 8MHz để giữ nhịp dao động của vi xử lý với độ chính xác cao (sai số gần nhƣ 0%). Việc tạo ra xung nhịp dao động nh m mục đích tính tốn thời gian trong vi xử lý đƣợc chính xác.
Mạch reset có tác dụng reset lại vi xử lý khi bắt đầu cung cấp điện áp cho vi xử lý để tránh hiện tƣợng vi xử lý bị treo.
Đồng thời, trong mạch có thiết kế các phím điều khiển Button1 và Button2 để có thể tăng ho c giảm tiết diện lƣu thơng của khí thải luân hồi qua van EGR.
- Khối chuyển đổi USB TO COM cho kết nối máy tính:
Trong q trình nghiên cứu cần hiển thị các thơng số của cảm biến trên máy tính, cũng nhƣ để điều chỉnh đƣợc lƣợng khí thải ln hồi qua van EGR trong q trình xây dựng bộ dữ liệu tỷ lệ luân hồi tối ƣu. Việc truyền thơng giữa máy tính và vi xử lý đƣợc thực hiện thông qua bộ truyền nhận nối tiếp USB TO COM với vi xử lý Atmega8 làm vi xử lý đệm trong q trình truyền nhận tín hiệu.
Hình 3.16. Khối truyền nhận tín hiệu USB TO COM - Khối hiển thị: - Khối hiển thị:
Để có thể nhận biết đƣợc kết quả điều khiển có đƣợc thực hiện hay khơng thì trên khối hiển thị sẽ đƣa ra kết quả điều khiển vị trí của van.
Kết quả điều khiển đƣợc đƣa ra các đèn led 7 thanh tƣơng ứng với phần trăm mở van luân hồi.
- Khối công suất điều khiển động cơ:
Q trình đƣa tín hiệu từ vi xử lý ra điều khiển các chân của động cơ BLDC đƣợc thực hiện thông qua mạch công suất. Mạch công suất khi có tín hiệu điều khiển từ vi xử lý sẽ làm cho các transitor Q1, Q2, Q3, Q4, Q5 và Q6 thông mạch, khi đó các cuộn dây trong động cơ BLDC sẽ khép kín mạch và dịch chuyển. Số răng mà động cơ BLDC dịch chuyển đƣợc phụ thuộc vào tín hiệu điều khiển các transitor theo chiều mở van ho c theo chiều đóng van. Các transitor Q1, Q2 và Q3 điều khiển q trình mở van ln hồi, cịn các transitor Q4, Q5 và Q6 điều khiển q trình đóng van ln hồi.
3.2.3.2. Xây dựng thu t tốn và chương trình điều khiển cho động cơ điện một chiều không chổi than
a. Chương trình trên vi xử lý
Quá trình điều khiển van luân hồi đƣợc lập trình trên bộ vi xử lý PIC10F727. Khi có tín hiệu bắt đầu điều khiển van đƣợc thực hiện từ giao diện máy tính. Vi xử lý sẽ vào chƣơng trình tính tốn hành trình của van. Vị trí hành trình của van đƣợc ngƣời điều khiển nhập vào thông qua phần mềm kết nối với van. Vi xử lý sẽ xác định vị trí cần đến và đƣa ra tín hiệu điều khiển động cơ đạt đến vị trí đó.
- Sơ đồ thuật tốn
Trên sơ đồ Hình 3.19 thể hiện các bƣớc thực hiện điều khiển tín hiệu cho động cơ điện một chiều khơng chổi than.
Hình 3.19. Sơ đồ thuật tốn chương trình điều khiển van EGR
Bắt đầu Gán v trí động
cơ hiện tại là 0 Nhận v trí
cần đến
Đọc giá tr senser
Lƣu giá tr senser hiện tại, lƣu v trí hiện tại của động cơ
Đúng
Lấy giá tr điện áp đ t vào các pha So sánh với v trí hiện tại Đúng Sai Sai So sánh với giá tr senser trƣớc
b. Chương trình điều khiển trên máy tính PC được thể hiện trên Hình 3.20
Chƣơng trình đƣợc xây dựng b ng phần mềm Visual Basic. Với chức năng kết nối với bộ điều khiển van luân hồi. Khi bắt đầu chƣơng trình thử nghiệm ta kết nối phần mềm với mạch điều khiển thông qua biểu tƣợng kết nối trên giao diện.
Khi bắt đầu chƣơng trình thử nghiệm ta kết nối phần mềm với mạch điều khiển thông qua biểu tƣợng kết nối trên giao diện.
Để xác định lƣợng khí ln hồi trong q trình thử nghiệm ta tiến hành thay đổi hành trình của van b ng cách đ t các tỷ lệ khác nhau và ấn vào nút “SET”. Để kết thúc quá trình điều khiển van, ấn vào nút “CLOSE VALVE” trên giao diện.\
Kết quả điều khiển van EGR
Trên Hình 3.21 thể hiện vị trí lắp đ t van luân hồi trên động cơ D1146TI, khi lắp đ t van luân hồi cần lƣu ý chiều làm việc của van sao cho trong q trình lƣu thơng của dịng khí thải vào đƣờng nạp đƣợc dễ dàng nhất.
Hình 3.20. Giao diện chương trình điều khiển van EGR
Trong q trình làm việc do dịng khí thải đi qua làm cho van nóng lên, do đó để van làm việc đƣợc bình thƣờng thì trong khi nghiên cứu và thử nghiệm cần lắp đ t hệ thống làm mát cho van phù hợp. Trong hệ thống này sử dụng nƣớc làm mát động cơ để làm mát cho van luân hồi. Tuy nhiên trong q trình lắp ghép cần có đệm cách nhiệt giữa vật liệu của đƣờng thải và vật liệu làm van để giảm nhiệt truyền tới van luân hồi.
Để tìm ra phƣơng pháp điều khiển van luân hồi phù hợp, tác giả đã lựa chọn nghiên cứu thiết kết mạch điều khiển van đƣợc lập trình trên máy tính. Việc tính tốn vị trí van đƣợc lập trình thơng qua giao diện điều khiển từ máy tính [16].
Sau khi nghiên cứu mạch điều khiển van hồn thiện thì van đƣợc lắp lên động cơ để đánh giá lại khả năng làm việc khi có dịng khí thải đi qua nhƣ thể hiện trên
Hình 3.22.
Khả năng làm việc của van đƣợc đánh giá thông qua độ ổn định của mạch điều khiển van, mạch điều khiển phải làm việc đƣợc trong thời gian dài. Đánh giá khả năng làm việc của van khi nhiệt độ van tăng lên do thời gian làm việc kéo dài, khi đó van vẫn phải làm việc bình thƣờng. Đồng thời, van đƣợc đánh giá khả năng thay đổi vị trí của van phù hợp với chƣơng trình điều khiển từ máy tính, khơng có hiện tƣợng vị trí van bị kẹt ho c khơng thay đổi vị trí van đƣợc.