Hỡnh 3.16: Cỏc loại kết cấu đồ gỏ lắp thờm với xilanh tỏc dụng 2 chiều. Xilanh tỏc dụng hai chiều cú giảm chấn .
Nhiệm vụ của cỏc cụm chi tiết giảm chấn là ngăn chặn sự va đập của pittụng vào thành xilanh ở vị trớ cuối khoảng chạy. Nguyờn lý hoạt động của xilanh tỏc dụng
hai chiều cú giảm chấn cuối khoảng chạy (hỡnh 3.17). Người ta sử dụng van tiết lưu
một chiều đó thực hiện nhiệm vụ giảm chấn .
Van tiết luu một chiều Vòng đệm kín xilanh
Giảm chấn cuối khoảng chạy Vòng đệm kín cần pitông Vòng chắn 2(B) 4(A)
Hỡnh 3.17: Xilanh tỏc dụng hai chiều cú cụm chi tiết giảm chấn điều chỉnh được ở cuối khoảng chạy
Áp suất khớ nộn được dẫn vào 2 phớa của xilanh, do yờu cầu điều khiển mà xilanh sẽ đi vào hay đi ra tựy thuộc vào ỏp lực khớ nộn vào phớa nào.
3.2 RƠLE:
Trong hệ thống điện tự động thỡ rơle là một thiết bị khụng thể thiếu.Rơle được dựng để cấp nguồn cho hệ thống hoạt động thụng qua tớn hiệu đầu vào nhận từ thiết bị điều khiển.Ngoài ra rơle cũn dựng để đảo cực tớnh của dũng điện một chiều.Vỡ vậy ứng dụng thực tế của rơle rất rộng rói trong cỏc hệ thống tự động.
Hỡnh 3.19- Relay OMRON 8C-24VDC và sơ đồ chõn của nú
+ Chõn 1 và 2 là chõn nhận tớn hiệu điện từ thiết bị điều khiển + Chõn 3 và 6 là 2 chõn nối với nguồn điện.
+ Chõn 4 và chõn 8 là 2 tiếp điểm thường đúng. + Chõn 5 và chõn 7 là 2 tiếp điểm thường hở.
3.3. CễNG TẮC HÀNH TRèNH:
Cụng tắc hành trỡnh là một trong những linh kiện khụng thể thiếu trong một hệ thống tự động. Cụng tắc hành trỡnh được dựng nhiều trong ngành xõy dựng, khai thỏc mỏ, cảng, cụng nghiệp nặng trong cỏc dõy chuyền tự động, thiết bị nõng, băng tải để kiểm soỏt chuyển động, hành trỡnh, tốc độ, an toàn ... Cỏc cụng tắc hành trỡnh cú thể là cỏc nỳt nhấn (button) thường đúng, thường mở, cụng tắc 2 tiếp điểm, và cả cụng tắc quang...
Cỏc kiểu của cụng tắc hành trỡnh như: kiểu gạt, nhấn, hạn vị đầu tang, kộo và treo
Cụng tắc hành trỡnh trước tiờn là cỏi cụng tắc, tức là làm chức năng đúng mở mạch điện, và nú được đặt trờn đường hoạt động của một cơ cấu nào đú sao cho khi cơ cấu đến 1 vị trớ nào đú sẽ tỏc động lờn cụng tắc. Hành trỡnh cú thể là tịnh tiến hoặc quay.
Khi cụng tắc hành trỡnh được tỏc động thỡ nú sẽ làm đúng hoặc ngắt một mạch điện do đú cú thể ngắt hoặc khởi động cho một thiết bị khỏc. Người ta cú thể dựng cụng tắc hành trỡnh vào cỏc mục đớch như:
+Giới hạn hành trỡnh ( khi cơ cấu đến vị trớ dới hạn tỏc động vào cụng tắc sẽ làm ngắt nguồn cung cấp cho cơ cấu -> nú khụng thể vượt qua vị trớ giới hạn)
+ Hành trỡnh tự động: Kết hợp với cỏc role, PLC hay VDK để khi cơ cấu đến vị trớ định trước sẽ tỏc động cho cỏc cơ cấu khỏc hoạt động (hoặc chớnh cơ cấu đú).
Hỡnh 3.20- Một số loại cụng tắc hành trỡnh tiờu biểu.
3.4 BỘ ĐẾM SẢN PHẨM3.4.1 Cảm biến 3.4.1 Cảm biến
3.4.1.1Cảm biến quang
Hỡnh 3.21 Cảm biến quang E3F-DS30P1
Cảm Biến Quang điện (Photoelectric Sensor, PES) cú thể phỏt hiện nhiều dạng vật thể khỏc nhau: từ việc phỏt hiện 1 chai nhựa trờn băng chuyền hoặc kiểm
Nếu khụng cú cảm biến quang thỡ khú mà cú được tự động húa cụng nghiệp, giống như làm việc mà khụng nhỡn được vậy.
* Ưu điểm:
- Khụng tiếp xỳc với vật thể cần phỏt hiện. - Cú thể phỏt hiện vật từ khoảng cỏch xa. - Khụng bị hao mũn, cú tuổi thọ cao.
- Cú thời gian đỏp ứng nhanh, cú thể phỏt hiện vật thể, vật chất.
* Đặc tớnh kỹ thuật của sensor E3F-DS10C4:
Cảm biến quang điện hỡnh trụ chống nhiễu tốt với cụng nghệ Photo-IC. Khoảng cỏch phỏt hiện khoảng 10cm với bộ điều khiển độ nhạy cho bộ khuếch tỏn. Khoảng cỏch phỏt hiện là 100 mm.
Đặc tớnh trễ : tối đa 20% khoảng cỏch phỏt hiện. Đầu ra: DC 3 - dõy NPN NO.
Vật cảm biến nhỏ nhất: lOxlOmm. Chỉ số LED: Red LED.
Nguồn sỏng (bước súng) : LED hồng ngoại (880nm). Kớch thước: 22 X 70mm / 0,86 X 2,8 (D * L).
Chiều dài cỏp: ~ 115cm.
Cung cấp điện ỏp: 10-30 VDC. Điện ỏp làm việc : 10-30 VDC. Dũng hiện tại: 300 mA.
Tần số: 500 Hz.
Màu : Màu đen, vàng, xỏm. Thời gian đỏp ứng: tối đa 2,5 ms. Nhiệt độ mụi trường từ - 25°c tới 55°c. Độ ấm mụi trường từ 35% tới 85%. Trọng lượng (cả vỏ) : 60 g.
Chế độ ngừ ra: Chọn lựa Light-ON / Dark-ON.
Phương ỏn lựa chọn
Trong một hệ thống tự động một thành phần rất quan trọng là cảm biến. Cũng giống như cỏc giỏc quan của con người, cảm biến giỳp robot nhận biết được mụi trường xung quanh. Từ đú đưa ra cỏc phản ứng thớch hợp ở cơ cấu chấp hành. Cú rất nhiều loại cảm biến:
- Cảm biến hồng ngoại. - Quang điện trở.
- Tế bào quang điện. - Cảm biến siờu õm. - Camera xử lớ ảnh. ………..
Trong hệ thống ta chọn cảm biến hồng ngoại dựng led phỏt thu, loại cảm biến này rất phổ biến và đơn giản, giỏ lại rất rẻ, độ ổn định cỳng đảm bảo.
Hỡnh 3.22 Cảm biến hồng ngoại dựng led phỏt thu phỏt.
Hoạt động: khi mối nối P – N được phõn cực thuận thỡ dũng điện qua nối lớn vỡ sự dẫn điện là do hạt tải đa số, cũn khi mối nối được phõn cực nghịch thỡ chỉ cú dũng rỉ do sự di chuyển của cỏc hạt tải thiểu số. Nhưng khi chiếu sỏng vào mối nối, dũng điện nghịch tăng lờn gần như tỷ lệ với quang thụng trong lỳc dũng thuận khụng tăng.
- Khối phỏt và khối đầu dũ được thiết kế: f=f0 = 1,1 Khz Trong đú f: tần số phỏt ra của khối phỏt tia hồng ngoại. F0 : tần số trung tõm của khối đầu dũ.
Khi cú sản phẩm đi qua, led hồng. Qua bộ khuếch đại, khuếch đại tớn hiệu lớn lờn để IC LM324 nhận biết được vỡ ở led hồng ngoại dũng ra khoảng 56,67mA nú phỏt
ra tớn hiệu mạnh và cú khả năng truyền đi xa. Vỡ do thiết kế f=f0 =1,1 Khz tức là tần
số vào phự hợp với tần số trung tõm thỡ ngừ ra chõn 8 ở mức cao [1]. Cũn khi khụng cú sản phẩm đi qua thỡ tớn hiệu từ led hồng ngoại phỏt ra khụng truyền qua được.
3.4.1.2 Giới thiệu về cảm biến hồng ngoại
Để cảm nhận mỗi lần sản phẩm đi qua thỡ cảm biến phải cú phần phỏt và phần thu. Phần phỏt phỏt ra ỏnh sỏng hồng ngoại và phần thu hấp thụ ỏnh sỏng hồng ngoại vớ ỏnh sỏng hồng ngoại cú đặc điểm là ớt bị nhiễu so với cỏc loại ỏnh sỏng khỏc. Hai bộ phận phỏt và thu hoạt động với cựng tần số. Khi cú sản phẩm đi qua giữa phần phỏt và phần thu, ỏnh sỏng hồng ngoại bị che bộ phận thu sẽ hoạt động với tần số
khỏc tần số phỏt như thế tạo ra một xung tỏc động với bộ phận sử lớ. Vậy bộ phận phỏt và bộ phận thu phải cú nguồn phỏt tạo dao động. Bộ phận dao động tỏc động tới cụng tắc đúng ngắt của nguồn ngắt và nguồn thu ỏnh sỏng. Cú nhiều linh kiện phỏt và thu ỏnh sỏng hồng ngoại nhưng chỳng em chọn led hồng ngoại và nguồn ỏnh sỏng hồng ngoại. Bộ phận tạo dao động cú thể dựng mạch LC, cổng logic, hoặc IC dao động. Với việc sử dụng IC chuyờn dựng tạo dao động, bộ tạo dao động sẽ trở nờn đơn giản hơn với tần số phỏt và thu.
Ta chọn IC khuyếch đại để khuếch đại tớn hiệu lờn đủ lớn.
Cấu tạo, nguyờn lý hoạt động của cảm biến dựng led thu phỏt hồng ngoại.
Led được cấu tạo từ GaAs với vựng cấm cú độ rộng là 1.43eV tương ứng bức xạ 900nm. Ngoài ra khi pha tạp Si với nguyờn vật liệu GaAlAs, độ rộng vựng cấm cú thể thay đổi. Với cỏch này, người ta cú thể tạo ra dải súng giữa 800 – 900nm và do đú tạo ra sự điều hưởng sao cho led hồng ngoại phỏt ra bước súng thớch hợp nhất cho điểm cực đại của độ nhạy của bộ thu.
Hỡnh 3.23Sơ đồ nguyờn lớ mạch cảm biến hồng ngoại
3.4.2 Hiển thị sản phẩm
Led 7 đoạn
- Led 7 đoạn cú cấu tạo bao gồm 7 led đơn xếp theo hỡnh phớa trờn và cú thờm một
led đơn hỡnh trũn nhỏ thể hiện dấu chấm trũn ở gúc dưới, bờn phải của led 7 thanh.
- 8 led đơn trờn led 7 thanh cú Anode (cực +) hoặc Cathode (cực -) được nối chung
với nhau vào một điểm và được đưa chõn ra ngoài để kết nối với mạch điện. 7 cực
cũn lại trờn mỗi led đơn của led 7 đoạn và 1 cực trờn led đơn ở gúc dưới, bờn phải
của led 7 đoạn được đưa thành 8 chõn riờng để điều khiển cho led sỏng tắt theo ý
muốn.
- Nếu led 7 đoạn cú Anode (cực +) chung, đầu chung này được nối với +Vcc, cỏc chõn cũn lại dựng để điều khiển trạng thỏi sỏng tắt của cỏc led đơn, led chỉ sỏng khi tớn hiệu đặt vào cỏc chõn này ở mức 0.
- Nếu led 7 đoạn cú Cathode (cực -) chung, đầu chung này được nối xuống Ground (hay Mass), cỏc chõn cũn lại dựng để điều khiển trạng thỏi sỏng tắt của cỏc led đơn, led chỉ sỏng khi tớn hiệu đặt vào cỏc chõn này ở mức 1.
3.24 LED 7 đoạn
3.5. THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN:
3..1. Phương ỏn chọn thiết bị điều khiển cho hệ thống:
Để điều khiển hệ thống hoạt động ta cú cỏc phương ỏn được đưa ra: + Phương ỏn lập trỡnh cho hệ thống bằng vi điều khiển 8051. + Phương ỏn lập trỡnh cho hệ thống bằng PIC.
+ Phương ỏn lập trỡnh cho hệ thống bằng PLC.
Để thực hiện tốt đề tài cho đồ ỏn mụn học nhúm lựa chọ phương lập trỡnh điều khiển cho hệ thống bằng PLC. Sở dĩ như vậy vỡ cỏc lý do sau:
- Lập trỡnh dễ dàng, ngụn ngữ lập trỡnh dễ hiểu. - Dễ dàng sửa chữa thay thế.
- Dễ dàng thay đổi thuật toỏn.
- Dễ dàng trao đổi thụng tin với mỏy tớnh.
- Chương trỡnh điều khiển cú thể sửa đổi dễ dàng. - Khụng yờu cầu cao về mạch điều khiển.
3.5.2.Nguyờn lý hoạt động của PLC:
Đơn vị xử lý trung tõm :
CPU điều khiển cỏc hoạt động bờn trong PLC. Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra
chương trỡnh được chứa trong bộ nhớ, sau đú sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trong chương trỡnh , sẽ đúng hay ngắt cỏc đầu ra. Cỏc trạng thỏi ngừ ra ấy được phỏt tới cỏc thiết bị liờn kết để thực thi. Và toàn bộ cỏc hoạt động thực
3.5.3. Phõn loại PLC:
PLC được phõn loại như sau:
-Hóng Sản xuất: Siemens, Omron, Mitsubishi, Schneider, GE Fanuc,…. -Version: VD: + Siemens cú cỏc họ: LOGO!, S5, S7-200, S7-300, S7-400… + Mitsubishi cú cỏc họ: FX0, FX2N, ….. + Omron cú cỏc họ: Zen, CPM1, CQM1, CJM1, …
+ Schneider cú cỏc họ: Zelio, Twido,…
+ GE Fanuc cú cỏc họ: Versa Max, Versa Micro, 90-30, 9070,…
Hỡnh 3.25-PLC hóng SIEMENS
3.5.4. Ưu điểm của PLC:
- Khụng cần đấu dõy cho sơ đồ điều khiển logic như kiểu Relay.
- Cú độ mềm dẻo sử dụng rất cao, muốn thay đổi phương phỏp điều khiển chỉ cần thay đổi chương trỡnh điều khiển.
- Chiếm vị trớ khụng gian nhỏ trong hệ thống. - Nhiều chức năng điều khiển.
- Tốc độ xử lý thời gian thực tương đối cao. - Cụng suất tiờu thụ nhỏ.
- Khụng cần quan tõm nhiều về vấn đề lắp đặt.
- Cú khả năng mở rộng số ngừ vào/ra khi mở rộng nhu cầu điều khiển bằng cỏch nối thờm cỏc khối vào ra chức năng.
- Giỏ thành hợp lý tựy vào từng loại PLC.
kế mạch điều khiển số.
3.5.5. PHƯƠNG THỨC THỰC HIỆN CHƯƠNG TRèNH TRONG PLC
Hỡnh vẽ minh họa việc xử lý chương trỡnh trong CPU được cho như hỡnh 3.4.
PLC thực hiện chương trỡnh theo chu trỡnh lặp. Mỗi vũng lặp được gọi là vũng quột (scan). Mỗi vũng quột được bắt đầu bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ cỏc cổng vào số tới vựng bộ đệm ảo ngừ vào (I), tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trỡnh. Trong từng dũng quột, chương trỡnh được thực hiện từ lệnh đầu tiờn đến lệnh kết thỳc. Sau giai đoạn thực hiện chương trỡnh là giai đoạn chuyển cỏc nội dung của bộ đệm ảo ngừ ra (Q) tới cỏc cổng ra số. Vũng quột được kết thỳc bằng giai đoạn truyền thụng nội bộ và kiểm tra lỗi.
Thời gian cần thiết để PLC thực hiện được một vũng quột gọi là thời gian vũng quột (Scan time). Thời gian vũng quột khụng cố định, tức là khụng phải vũng quột nào cũng được thực hiện trong một khoảng thời gian như nhau. Cú vũng quột thực hiện lõu, cú vũng quột thực hiện nhanh tựy thuộc vào số lệnh trong chương trỡnh được thực hiện, vào khối dữ liệu truyền thụng… trong vũng quột đú.
Như vậy giữa việc đọc dữ liệu từ đối tượng để xử lý, tớnh toỏn và việc gửi tớn hiệu điều khiển tới đối tượng cú một khoảng thời gian trễ đỳng bằng thời gian vũng quột. Núi cỏch khỏc, thời gian vũng quột quyết định tớnh thời gian thực của chương trỡnh điều kiển trong PLC. Trong thời gian quột càng ngắn, tớnh thời gian thực của chương trỡnh càng cao.
Tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra, thụng thường lệnh khụng làm việc trực tiếp với cổng vào/ra mà chỉ thụng qua bộ đệm ảo của cổng trong vựng nhớ tham số. Việc truyền thụng giữa bộ đệm ảo với ngoại vi do hệ điều hành CPU quản lý. Ở một số module CPU, khi gặp lệnh vào/ra ngay lập tức, hệ thống sẽ cho dừng mọi cụng việc khỏc, ngay cả chương trỡnh xử lý ngắt, để thực hiện lệnh trực tiếp với cổng vào/ra
3.5.6. VAI TRề CỦA PLC TRONG TỰ ĐỘNG HểA
PLC được xem là trung tõm đầu nóo của hệ thống tự động điều khiển, là nơi xử lý và điều khiển cỏc thiết bị hoạt động theo yờu cầu của người lập chương trỡnh. Một chương
trỡnh điều khiển được lưu trong bộ nhớ của PLC, trong quỏ trỡnh thi hành PLC liờn tục kiểm tra trạng thỏi của hệ thống xuyờn suốt từ tớn hiệu hồi tiếp, từ cỏc tớn hiệu thường nhập. Sau đú dựa vào chương trỡnh logic để quyết định tớn hiệu đầu ra, để điều khiển hệ thống thiết bị theo yờu cầu. PLC được sử dụng thớch hợp cho cỏc hệ thống tự động húa từ đơn giản đến phức tạp. Cỏc PLC cũn cú thể kết hợp với nhau thành một mạng truyền thụng.
CHƯƠNG 4
LẬP TRèNH HỆ THỐNG
CHƯƠNG V
KẾT LUẬN VÀ HUỚNG PHÁT TRIỂN
Đó chế tạo thành cụng mụ hỡnh khoan lỗ tự động, ứng dụng bộ khả lập trỡnh PLC S7- 200, CPU 224 để điều khiển.
Đề tài này cú thể làm tài liệu phục vụ cho việc học tập và nghiờn cứu của sinh viờn khoa Cơ khớ. Đõy là một mụ hỡnh tổng hợp toàn bộ cỏc đồ ỏn mụn học của chuyờn ngành Cơ điện tử.
Nghiờn cứu ứng dụng điều khiển tự động khụng chỉ cho mụ hỡnh khoan lỗ tự động mà cũn phỏt triển với nhiều mỏy và hệ thống điều khiển khỏc như hệ thống đúng nắp chai tự động, hệ thống sản xuất xi măng, hệ thống đúng gúi và phõn loại sản phẩm …
Hướng phỏt triển của đề tài này là cú thể kết nối giao diện với mỏy tớnh để điều khiển, nghiờn cứu động lực học của hệ thống. Đề tài này cú thể ứng dụng chế tạo thực tế, phục vụ cho quỏ trỡnh sản xuất.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Hệ thống điều khiển bằng khớ nộn_Nguyễn Ngọc Phương, NXB Giỏo dục. 2. Giỏo trỡnh sản xuất tự động_Chõu Mạnh Lực, ĐH Bỏch khoa Đà Nẵng. 3. Chi tiết mỏy_Nguyễn Văn Yến (2006), NXB Giao thụng vận tải.
4. PLC S7-200_Nguyễn Bỏ Hội (2005), NOVAS Tech Co.,Ltd.
