CHƯƠNG 2 ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ CÁC PHƯƠNG ÁN CẢI TẠO MÁY TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM
2.1 Tình trạng máy trong phòng thí nghiệm
2.1.3 Các phương án cải tạo máy kéo nén thủy lực
Sơ đồnguyên lý chung của hệthống máy kéo nén thủy lực.
Hình 2.2. Sơ đồthủy lực của máy kéo nén
1. Pít tông thủy lực;
2. Van phân phối;
3. Đồng hồ đo áp suất;
4. Van tràn;
5. Bơm dầu;
6. Thùng dầu;
7. Lọc dầu;
8. Van một chiều;
9. Bộ điều chỉnh lưu lượng dầu;
10. Bộ ổn áp;
Nguyên lý hoạt động: Động cơ bơm dầu từ thùng dầu qua lọc dầu đến van một chiều . Từvan một chiều dầu sẽqua bộ điều chỉnh lưu lượng dầu rồi đến van phân phối sẽ chia đều vào phít tông thủy lực tạo ra lực ép mẫu.
Phương án dùng bộ vi điều khiển: ( Sửdụng tài liệu tạp chí cơ khí Việt Nam) Việc xác định lực đo qua cảm biến áp suất và hành trình qua cảm biến hành trình.
Các cảm biến này truyền dữliệu vào PC và xửlý sốliệu bằng phần mềm tựthiết kế.
- Cảm biến áp suất.
Thông qua việc đo áp suất ta có thểtính thành lực.
Hình 2.3.Cảm biến và bộchuyển đổi đo áp suất
Đo dịch chuyển
Hình 2.4. Cảm biến và bộchuyển đổi đo dịch chuyển
- Sơ đồmạch kết nối máy tính
Hình 2.5. Sơ đồvà mạch kết nối PC.
- Cảm biến có nhiệm vụchuyển đổi các đại lượng cần đo thành tín hiệu điện hay sự thay đổi các đại lượng điệnởcảm biến như: Điện trở, điện dung, điện cảm...
- Bộkhuếch đại có chức năng khuếch đại tín hiệuởcảm biến.
- Bộ chuyển đổi Analog –digital (ADC) có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số đểgiao tiếp với vi xửlý hoặc máy tính.
- Bộxửlý sốliệu có nhiệm vụxửlý số liệu đo thành đại lượng tương ứng bằng các công thức toán học.
- Bộhiện thịkết quảra màn hình.
- Mạch điều khiển là tổ hợp điều khiển và đọc dữ liệu từ cảm biến hành trình và cảm biến áp suất.
- Phần mềm đọc dữliệu.
Các dữliệu đọc bao gồm: Hành trình và áp lực.
Bộ điều khiển vi tích phân tỷ lệ (Bộ điều khiển PID- Proprotional Integral Derivative) là một cơ chếphản hồi vòng điều khiển ( bộ điều khiển) được sửdụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển công nghiệp – Bộ điều khiển PID được sử dụng phổ biến nhất trong sốcác bộ điều khiển phản hồi. Bộ điều khiển PID tính toán một giá trịsai sốlà hiệu sốgiữa giá trị đo thông sốbiến đổi và đặt giá trị mong muốn. Bộ điều khiển sẽ thực hiện giảm tối đa sai sốbằng cách điều chỉnh giá trị đầu vào. Tuy nhiên, để đạt được kết quảtốt nhất, các thông sốPID sử dụng trong tính toán phải điều chỉnh theo tính chất của hệ thống, trong khi kiểu điều khiển là giống nhau, các thông số phải phụ thuộc vào đặc thù của hệthống.
Nhận xét:
Máy kéo nén nếu được trang bị bộ điều chỉnh này thì sẽ tăng hiệu quả trong quá trình thửnghiệm. Nhưng nhược điểm của phương pháp này giá thành hơi cao, không phù hợp với môi trường thí nghiệm học tập.
Phương án sửdụng mạch điện tử.
- Chúng ta sẽ cải tạo máy kéo nén thủy lực có bộ đo lường bằng cơ sang bộ đo lường bằng mạch điện tử. Phương án này tương tự như máy Matest SRTmà chúng ta đã giới thiệuởphần trên.
Nhận xét:
Phương pháp này sẽ nâng cao được độ chính xác trong thí nghiệm, vì là bo mạch điện tử với không khíẩm lâu ngày sẽ dễ xẩy ra hỏng hóc chập cháy. Linh kiện thay thế phù hợp khi xẩy ra sựcố không được thuận lợi.
Phương án sửdụng bộ điều khiển khảtrình PLCđểcải tạo máy kéo nén hoạt động dựa trên nguyên tắc thủy lực.
Sơ đồhoạt động của máy.
- Áp suất , cảm biến.
Áp suất:
Khi chứa một chất lỏng, khí hoặc hơi ( gọi chung là chấn lưu) vào bình chứa nó sẽ gây ra một áp lực tác dụng lên thành bình. Áp suất là đại lượng có giá trị bằng lực tác dụng vuông góc lên một đơn vịdiện tích thành bình.
dS pdF
Trong đó:
dF: Lực tác dụng (N)
dS: Diện tích thành bình chịu lực tác dụng (m2) Đơn vị đo áp suất
Trong hệ đơn vịquốc tế SI đơn vị đo áp suất là pascal (Pa) . 1Pa là áp suất tạo bởi 1 lực có độlớn 1 N phân bố đều trên một diện tích 1m2theo hướng pháp tuyến. Đơn vị Pa tương đối nhỏnên trong công nghiệp người ta hay dùng đơn vịáp suất là bar (1bar = 105pa) và một số đơn vịkhác.
Bảng trình bày đơn vị đo áp suất và chuyển đổi
Đơn vị đo áp suất
Pascal (Pa)
Bar (b) Kg/cm2
Atmotsphe (atm)
mmHg mbar
1Pa 1 10-5 1,02. 10-5 0,978.10-5 0,75.10-2 10-2
1bar 10-5 1 1,02 0,987 750 103
1kg/cm2 9,8.104 0,98 1 735 9,8.102
1atm 1,013.105 1,013 1,033 1 760 1,013.103
1 mmH2O 9,8 9,8.10-5 .10-3 0,968.10-4 0,0735 0,098
Bảng 2.1.chuyển đổi áp suất
Phương pháp đo áp suất trong bình máy thủy lực.
Trong trường hợp này áp suất cần đo cần đo cân bằng cân bằng với áp suất do cột chất lỏng làm việc gây ra hoặc tác động lên vật trung gia có phần tửnhạy cảm với lực do áp suất gây ra.
Ở đây chúng ta dùng cảm biến áp suất gắn vớiống dẫn dầu. Xem hình vẽ sơ đồthủy lực ta sẽgắn cảm biến áp suấtởphần thứ9 bộ điều chỉnh lưu lượng dầu.
Hình 2.6.Đấu nốiống dẫn và cảm biến
- Xửlý:
Cảm biến áp suất sẽ chuyển tín hiệu điện sang PLC S7 _200 kết nỗi máy tính và dùng phần mềm Win CC đểvẽ đường đặc tính.
2.1.4.Ưu và nhược điểm của các phương pháp cải tạo.
- Phương án sửdụng máy tính điều khiển
Ưu điểm:
- Cho sốliệu chính xác - Dễvận hành điều khiển
Nhược điểm:
- Bộbo mạch dễhỏng
- Khi xẩy ra sựcốhỏng hóc mua linh kiện thay thế khó khăn - Phương án sửdụng bộ vi điều khiển.
Ưu điểm:
- Kết quả đo chính xác dễvận hành.
- Kết hợp điều khiển và PC các kết quả đo và kiểm tra được lưu trên thiết bị. Cho phép người dùng dễdàng quan sát kết quả.a
Nhược điểm:
- Khi sử dụng điều khiển chúng ta phải lập trình cho bộ điều khiển. giá thành các thiết bịcao. Lắp ráp phức tạp
- Phương án sửdụng bộ điều khiển khảtrình PLC.
Ưu điểm:
- Với bộ điều khiển PLC chúng ta dễdành vận hành và kiểm tra kết quả.
- Bộ PLC có thể kết nối với mạng truyền thông giúp ta có thể điều khiển quan sát theo dõi từxa.
- Trang thiết bị dễ tìm kiếm trên thị trường với giá cả phải chăng, lập trình điều khiển tương đối đơn giản.
Kết luận: Sau khi xem xét các phương án em quyết đinh chọn phương án sử dụng bộ điều khiển khả trình PLC vì nó có tính năng nổi trội có thể kết nối với mạng truyền thông để điều khiển từ xa, thiết bị giá thành phù hợp với điều kiện kinh phòng thí nghiệm.