CHƯƠNG 2 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN
2.5 Lựa chọn hệ thống điều khiển
Xi lanh thủy lực khí nén là một loại cơ cấu chấp hành trong đó, chuyển động tạo ra là chuyển động tịnh tiến. Với đặc điểm tiến lùi, xi lanh thủy lực khí nén thích hợp với các loại cảm biến tiệm cận. Việc sử dụng trang bị cảm biến tiệm cận cho xi lanh thủy lực khí nén, tín hiệu trả về từ cảm biến khí cần piston di chuyển giúp chúng ta có thể điều khiển chúng một cách dễ dàng và tự động.
Hình 2.3 Cảm biến tiệm cận trên xi lanh [2]
19
Cảm biến tiệm cận kiểu cảm ứng (cảm biến điện từ) là loại cảm biến phát hiện vật bằng cách tạo ra trường điện từ. Dĩ nhiên, thiết bị chỉ phát hiện được vật kim loại. Tuy nhiên, loại cảm biến này lại rất hay được sử dụng trong công nghiệp vì giá thành và khả năng chống nhễu của nó.
Cảm biến tiệm cận cảm ứng bao gồm một cuộn dây được cuốn quanh một lõi từ ở đầu cảm ứng. Sóng cao tần đi qua lõi dây này sẽ tạo ra một một trường điện từ dao động quanh nó. Trường điện từ này được một mạch bên trong kiểmsoát.
Khi vật kim loại di chuyển về phía trường này, sẽ tạo ra dòng điện (dòng điện xoáy) trong vật.
Hình 2.4 Từ trường được tạo ra trên cảm biến [2]
2.5.2 Van trạng thái Van một chiều
Van một chiều dùng để điều khiển dòng năng lượng đi theo một hướng, hướng còn lại của dòng năng lượng bị chặn lại.
20
Hình 2.5 Van một chiều [8]
Van đảo chiều
Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dòng năng lượng bằng cách đóng mở hay thay đổi vị trí các cửa van để thay đổi hướng của dòng khí nén.
Trạng thái ON, OFF của van đảo chiều và một số van đảo chiều được liệt kê ở hình 2.4 như sau:
a) Khi chưa có tín hiệu tác động b) Khi có tín hiệu tác động Hình 2.6 Trạng thái khi OFF và ON của van đảo chiều [8]
Kết luận: Với việc lựa chọn loại xy lanh có 2 đầu cấp khí nên ta lựa chọn loại van đảo chiểu thay vì van một chiều.
21
Hình 2.7 Cách gọi tên và ký hiệu của một số van đảo chiều 2.5.3 Servo khí nén
Để đảm bảo yêu cầu về độ chính xác cao, kiểm xoát tốc độ cánh tay máy tác giả sử dụng servo khí nén để có thể điều khiển được vô cấp lưu lượng qua van.
Van điều khiển Servo hay còn có tên gọi khác là van tuyến tính hoạt động bằng điện là van điều khiển tuyến tính bằng khí nén chạy theo nguyên lý người dùng có thể dùng bộ phận điều khiển góc mở hoặc đóng cho van.
22
Hình 2.8 Cấu tạo van servo khí nén
Hai nam châm vĩnh cửu đặt đối xứng tạo thành khung hình chữ nhật,phần ứng trên đó có 2 cuộn dây và cánh chặn đầu ngàm với phần ứng,tạo nên một kết cấu cứng vững.
Định vị phần ứng và cánh chặn đầu là một ống đàn hồi,ống này có tác dụng phục hồi cụm phần ứng và cánh chặn về vị trí trung gian khi dòng điện vào 2 cuộn dây cân bằng. Nối với cánh chặn dầu là càng đàn hồi,càng này nối trực tiếp với con trượt.Khi dòng điện vào 2 cuộn dây lệch nhau thì phần ứng bị hút lệch,do sự đối xứng của các cực nam châm mà phần ứng sẽ quay.
Khi phần ứng quay, ống đàn hồi sẽ biến dạng đàn hồi,khe hở từ cánh chặn đến miệng phun dầu cũng sẽ thay đổi (phía này hở ra và phía kia hẹp lại).Điều đó dẫn đến áp suất ở hai phía của con trượt lệch nhau và con trượt được di chuyển.Như vậy:
- Khi dòng điện điều khiển ở hai cuộn dây bằng nhau hoặc bằng 0 thì phần ứng,cánh,càng và con trượt ở vị trí trung gian(áp suất ở 2 buồng con trượt cân bằng nhau)
- Khi dòng điện i1 khác i2, thì phần ứng sẽ quay theo một chièu nào đó tùy thuộc vào dòng điện của cuộn dây nào lớn hơn, giả sử phần ứng quay ngược chiều kim đồng hồ,cánh chặn dầu cũng sẽ quay theo làm tiết diện chảy cảu
23
miệng phun thay đổi,khe hở miệng phun phía trái rộng ra và khe hở miẹng phun phía phải hẹp lại.
2.5.4 Bộ điều khiển
Vi điều khiển (Microcontroller):
Là một hệ thống bao gồm một vi xử lý có hiệu suất đủ dùng và giá thành thấp (khác với các bộ xử lý đa năng dùng trong máy tính) kết hợp với các khối ngoại vi như bộ nhớ, các module vào ra, các module biến đổi số sang tương tự và tương tự sang số,..để điều khiển các thiết bị điện tử. Một số loại vi điều khiển phổ biến: PIC16F877A, Adruino Uno, Adruino Mega,….
Ưu điểm:
- Kích thước nhỏ gọn - Giá thành thấp
- Khả năng xử lý và tính toán mạnh mẽ Nhược điểm
- Độ phức tạp khi sử dụng cao
- Dễ bị nhiễu, không đáng tin cậy trong môi trường làm việc liên tục.
- Không phù hợp trong môi trường công nghiệp.
PLC (Programable Logic Controller):
Là thiết bị điều khiển lập trình được cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào. Khi có sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi theo.
Ưu điểm của PLC là có độ tin cậy cao, hỗ trợ nhiều chuẩn giao tiếp trong công nghiệp, lập trình dễ với dung lượng bộ nhớ lớn. Hiện nay có 2 hãng sản xuất PLC phổ biến nhất là Mitsubishi và Siemens.
24
Vì dùng trong môi trường công nghiệp đòi hỏi sự ổn định, độ tin cậy và độ chính xác cao trong thời gian dài nên chọn PLC làm bộ điều khiển chính của hệ thống.
Kết luận: Chọn PLC làm bộ điều khiển của máy.