Phân tích và xây dựng hệ thống đo và điều khiển tốc độ động cơ

Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 1 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN  Đề Tài: Phân tích và xây dựng hệ thống đo và điều khiển tốc độ động cơ Giáo Viên Bộ Môn : Hà Văn Phương Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 2 Nhóm 3 –Lớp TĐH2 K5 Sinh viên thực hành: 1Nguyễn Hồng Hải 2Nghiêm Thị Hằng 3Dương Xuân Hiếu 4Hoàng Văn Hiếu 5Nguyễn Thanh Hiếu(NT) 6Ninh Đắc Huân 7Lê Bá Hùng 8Lê Đình Hùng 9Ngô Quang Hưng 10Cao Xuân Hướng 11Nguyễn Văn Huy Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 3 Lời nói đầu Trong các ngành công nghiêp, công tác điều khiển vận hành các thiết bị theo một quy trình nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm đồng thời tiết kiệm chi phí sản xuất giữ một vị trí quan trọng. Với ưu điểm là điều khiển tốc độ động cơ dễ dàng, độ ổn định tốc độ cao nên động cơ một chiều đã được sử dụng khá phổ biến như: truyền động cho một số máy như máy nghiền, máy nâng, vận chuyển, điều khiển băng tải, điều khiển các robot… Để đo tốc độ của động cơ một chiều thì có rất nhiều phương pháp, trong bài tập lớn của mình chúng em xin trình bày đo tốc độ động cơ dùng encoder- một loại cảm biến dùng để đo số vòng quay của động cơ và gửi về vi điều khiển để trực tiếp điều khiển tốc độ động cơ theo ý muốn. Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Điện đã giúp đỡ chúng em và thầy Hà Văn Phương đã trực tiếp giảng dạy và hướng dẫn chúng em làm bài tập lớn Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng trong quá trình làm bài tập lớn, chưa có nhiều kinh nghiệm nên còn có nhiều nhiều sai sót trong cách trình bày cũng như phần thể hiện đồ án của mình mong các thầy, cô và các bạn góp ý và bổ sung thêm. Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 4 Chúng em xin chân thành cảm ơn. Mục Lục Phần 1:Phân tích công nghệ ............. Phần 2: Cấu trúc hệ thống ............... I Sơ đồ khối hệ thống .................................... II Các thiết bị cần dùng ................................. A Khối cảm biến ............................................ 1 Máy phát tốc .................................................. 2 Encoder ......................................................... B Khối xử lí .................................................... C Khối hiển thị ............................................... III Các thiết bị khác ....................................... A Optocouplers .............................................. B Động cơ điện một chiều ............................. C Rơ le trung gian ......................................... Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 5 Phần 3: Sơ đồ nguyên lí & kết luận… NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 6 Phần 1: Phân tích công nghệ Như chúng ta đã biết trong điều kiện khoa học kỹ thuật và kinh tế phát triển như hiện nay thi quy trình tự động hóa trong công nghiệp và sản xuất hầu như không thể thiếu được . Nó đóng một vai trò hết sức quan trọng trong việc giúp tăng năng suất , tăng độ chính xác và do đó tăng hiệu quả sản xuất . Trong đó một vai trò không thể không nhắc đến của qui trình tự động hóa là :”Đo và điều khiển tốc độ động cơ” Quy trình này gồm 2 phần đó là:”Đo” và “Điều khiển”.Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại linh kiện khác nhau ứng dụng cho việc đo và điều khiển động cơ nhưng chủ yếu phần đo vẫn là sử dụng máy phát tốc và encorder và điều khiển dùng vi điều khiển hoặc dùng IC số. Với các loại linh kiện khác nhau thì chúng có ưu, nhược điểm, giá thành khác nhau Công nghệ sử dụng máy phát xung với độ chính xác hơi kém vì bị ảnh hưởng nhiều bởi sai số của thiết bị đo, điện trở dây dẫn… được sử dụng trong các thiết bị đo không đòi hỏi độ chính xác cao như đo tốc độ xe máy, xe đạp điện… Bên cạnh đó là cảm biến encoder với giá thành cao được sử dụng trong công nghiệp với độ chính xác cao Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 7 Phần 2: I:Sơ đồ khối hệ thống Hình 1: Sơ đồ khối hệ thống Bộ XLTH Bộ Điều khiển Motor Bộ đo lường Bộ nhập dữ liệu Bộ hiển thị Bộ Nguồn Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 8 Chức năng của các bộ phận trong sơ đồ hệ thống 1, Bộ đo lường Bộ đo lường có tác dụng chuyển tín hiệu của tốc độ động cơ ở dạng không phải điện về dạng điện, có điện áp hoặc tần số … tỉ lệ với tốc độ động cơ. 2, Bộ xử lí tín hiệu Bộ xử lý tín hiệu có tác dụng: - Thu nhận các tín hiệu phản hồi. -Tiếp nhận các tín hiệu từ người điều khiển. -So sánh tín hiệu chuẩn đó với tín hiệu được đưa vào của bộ đo lường. -Đưa ra các tín hiệu cho bộ biến đổi năng lượng cấp cho động cơ. - Đưa tín hiệu hiển thị ra LCD hoặc LED 7 thanh. 3,Bộ biến đổi Bộ biến đổi có tác dụng thay đổi các giá trị của nguồn để cấp cho động cơ như điện áp, dòng diện,tần số…dưới sự chỉ huy của bộ xử lý. 4, Bộ nhập dữ liệu Bộ nhập dữ liệu bao gồm bàn phím,công tắc, các nút ấn,… hoặc hệ thống mạng công nghiệp,máy tính để con người có thể giao tiếp với hệ thống. Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 9 5,Bộ hiển thị Là bộ phận hiển thị các thông số trên hệ thống có thể là LCD ,LED hoăc màn hình CRT. 6,Motor là động cơ cần điều khiển 7, Bộ nguồn Bộ nguồn có tác dụng cung cấp điện áp cho bộ điều khiển, bộ xử lí, bộ hiển thị,…điện áp cấp vào có thể là 1 pha,1 chiều, 3 pha,… II: Các thiết bị cần dùng A; Khối đo lường (cảm biến) Hiện nay có 2 loại cảm biến thông dụng dùng để đo tốc độ động cơ là máy phát tốc và encoder với những ứng dụng khác nhau. 1. Máy phát tốc Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 10 Hình 2: Máy phát tốc II. Encoder Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 11 Hình 3 :Encoder I. Máy phát tốc Nguyên lý hoạt động :Hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Cấu tạo gồm 2 phần: phần cảm và phần ứng. Khi có sự chuyển động tương đối giữa phần cảm và phần ứng thì trong phần ứng sẽ xuất hiện suất điện động tỉ lệ với tốc độ quay: dt de  Dựa vào tín hiệu ra người ta chia ra làm hai loại: máy phát tốc một chiều và máy phát tốc xoay chiều. 1, Máy phát tốc một chiều Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 12 Hình 4: Sơ đồ máy phát tốc 1 chiều. 1, Stator. 2, Rotor. 3, Cổ góp. 4, Chổi quét. Thực chất đây là một máy phát điện một chiều loại nhỏ 2, máy phát tốc xoay chiều a.máy phát tốc xoay chiều đồng bộ Là một loại máy phát xoay chiều đồng bộ loại nhỏ. Rotor của máy là một hoặc nhiều nam châm điện. Ở đầu ra điện áp được chỉnh lưu thành dòng điện một chiều. Điện áp này không phụ thuộc vào chiều quay và hiệu suất lọc giảm đi khi tần số thấp. Tốc độ quay của động cơ có thể xác định bằng cách đo tần số do tần số không bị suy giảm khi truyền tải đi xa. Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 13 Hình 5: Sơ đồ cấu tạo máy phát tốc xoay chiều. b.Máy phát tốc xoay chiều không đồng bộ Hình 6: 1, Cuộn kích. 2, Rotor. 3, Cuộn đo. Cấu tạo của máy pha 2: Encoder Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 14 Các hình dạng thực tế của encoder: Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 15 Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 16 1,Khái quát về encoder: Encoder mục đích dùng để quản lý vị trí góc của một đĩa quay, đĩa quay có thể là bánh xe, trục động cơ, hoặc bất kỳ thiết bị quay nào cần xác định vị trí góc. Encoder được chia làm 2 loại: encoder tuyệt đối và encoder tương đối. Encoder tuyệt đối: tức là tín hiệu ta nhận được, chỉ rõ ràng vị trí của encoder, chúng ta không cần xử lý gì thêm, cũng biết chính xác vị trí của encoder. Còn encoder tương đối, là loại encoder chỉ có 1, 2, hoặc tối đa là 3 vòng lỗ. Nếu bây giờ ta đục một lỗ trên một cái đĩa quay, thì cứ mỗi lần đĩa quay 1 vòng khối điều khiển sẽ nhận được tín hiệu, và chúng ta đã biết đĩa quay một Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 17 vòng. Nếu có nhiều lỗ hơn ta sẽ có được thông tin chi tiết hơn, có nghĩa là đĩa quay 1/4 vòng, 1/8 vòng, hoặc 1/n vòng, tùy theo số lỗ nằm trên encoder tương đối. Cứ mỗi lần đi qua một lỗ, chúng ta phải lập trình để thiết bị đo đếm lên 1. Do vậy, encoder loại này có tên encoder tương đối (encoder tăng lên 1 đơn vị). Nguyên lý hoạt động cơ bản của encoder, LED và lỗ: Nguyên lý cơ bản của encoder, đó là một đĩa tròn xoay, quay quanh trục. Trên đĩa có các lỗ (rãnh). Người ta dùng một đèn led để chiếu lên mặt đĩa. Khi đĩa quay, chỗ không có lỗ (rãnh), đèn led không chiếu xuyên qua được, chỗ có lỗ (rãnh), đèn led sẽ chiếu xuyên qua. Khi đó, phía mặt bên kia của đĩa, người ta đặt một con mắt thu. Với các tín hiệu có, hoặc không có ánh sáng chiếu qua, người ta ghi nhận được đèn led có chiếu qua lỗ hay không. Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 18 Khi trục quay, giả sử trên đĩa chỉ có một lỗ duy nhất, cứ mỗi lần con mắt thu nhận được tín hiệu đèn led, thì có nghĩa là đĩa đã quay được một vòng. Đây là nguyên lý rất cơ bản của encoder Hình sau sẽ minh họa nguyên lý cơ bản của hoạt động encoder. Trong hình có một đĩa mask, không quay, đó là đĩa cố định để che khe hẹp ánh sáng đi qua. 2, Hoạt động của encoder a.Encoder tuyệt đối Với một số nhị phân có 2 chữ số, chúng ta sẽ có 00, 01, 10, 11: tức là 4 trạng thái. Điều đó có nghĩa là với 2 chữ số, chúng ta có thể chia đĩa encoder thành 4 phần bằng nhau. Và khi quay, chúng ta sẽ xác định được độ chính xác đến 1/4 vòng. Tương tự như vậy, nếu với một số có n chữ số, chúng ta sẽ xác định được độ chính xác đến 1/(2n) vòng. Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 19 Với đĩa encoder có 2 vòng đĩa.Ở vòng trong cùng, có một rãnh rộng bằng 1/2 đĩa. Vòng phía ngoài, sẽ có 2 rãnh nằm đối diện nhau. Như vậy, chúng ta cần 2 đèn led để phát xuyên qua 2 vòng lỗ, và 2 đèn thu. Sau đây là ví dụ encoder tuyệt đối 8 vòng lỗ: Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 20 Để thiết kế encoder tuyệt đối, người ta luôn vẽ sao cho bit thứ N (đối với encoder có N vòng lỗ) nằm ở trong cùng, có nghĩa là lỗ lớn nhất có góc rộng 180 độ, nằm trong cùng. Bởi vì chúng ta thấy rằng, bit 0 (nếu xem là số nhị phân) sẽ thay đổi liên tục mỗi 1/(2)N vòng quay. Vì thế, chúng ta cần rất nhiều lỗ. Nếu đặt ở trong thì không thể nào vẽ được, vì ở trong bán kính nhỏ hơn. Ngoài ra, nếu đặt ở Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 21 trong, thì về kết cấu cơ khí, nó quá gần trục, và quá nhiều lỗ, sẽ rất yếu. Vì hai điểm này, nên bit 0 luôn đặt ở ngoài cùng, và bit N-1 luôn đặt trong cùng như hình trên. Kết quả, nếu đĩa encoder có đến 10 vòng lỗ, thì chúng ta sẽ quản lý được đến 1/(2)10 tức là đến 1/1024 vòng. b.Encoder tương đối Encoder tuyệt đối rất có lợi cho những trường hợp khi góc quay là nhỏ, và động cơ không quay nhiều vòng. Khi đó, việc xử lý encoder tuyệt đối trở nên dễ dàng cho người dùng hơn, vì chỉ cần đọc giá trị là chúng ta biết ngay được vị trí góc của trục quay. Tuy nhiên, nếu động cơ quay nhiều vòng, điều này không có lợi, bởi vì khi đó, chúng ta phải xử lý để đếm số vòng quay của trục. Ngoài ra, nếu thiết kế encoder tuyệt đối, chúng ta cần quá nhiều vòng lỗ, và dẫn tới giới hạn về kích thước của encoder, bởi vì việc gia công chính xác các lỗ quá nhỏ là không thể thực hiện được. Chưa kể rằng việc thiết kế một dãy đèn led và con mắt thu cũng ảnh hưởng rất lớn đến kích thước giới hạn này. Độ chính xác của encoder 12 bit đã là 1/4096 Tuy nhiên, điều này được khắc phục bằng encoder tương đối một cách khá đơn giản. Chính vì vậy, ngày nay, đa số người ta sử dụng encoder tương đối trong những ứng dụng hiện đại. * Hoạt động của encoder tương đối Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 22 Encoder tương đối, sẽ tăng 1 đơn vị khi một lần lên xuống của cạnh xung. Cứ mỗi lần quay qua 1 lỗ, thì encoder sẽ tăng một đơn vị trong biến đếm. Mỗi lần có những rung động nào đó mà ta không quản lý được, encoder sẽ bị sai một xung. Khi đó, nếu hoạt động lâu dài, sai số này sẽ tích lũy, ngày hôm nay sai một xung, ngày hôm sau sai một xung. Đến cuối cùng, có thể động cơ quay 2 vòng rồi encoder mới đếm được 1 vòng. Để tránh điều tai hại này xảy ra, người ta đưa vào thêm một lỗ định vị để đếm số vòng đã quay của encoder. Như vậy, cho dù có lệch xung, encoder đi ngang qua lỗ định vị này, thì chúng ta sẽ biết là encoder đã bị đếm sai ở đâu đó. Nếu vì một rung động nào đó, mà chúng ta không thấy encoder đi qua lỗ định vị, vậy thì từ số xung, và việc đi qua lỗ định vị, chúng ta sẽ biết rõ hiện tượng sai của encoder. Đây là hình encoder có lỗ định vị: Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 23 Vị trí góc của các lỗ vòng 1 và các lỗ vòng 2 lệch nhau. Các cạnh của lỗ vòng 2 nằm ngay giữa các lỗ vòng 1 và ngược lại. Tuy nhiên, thay vì làm 2 vòng encoder, và dùng 2 đèn LED đặt thẳng hàng, thì người ta chỉ cần làm 1 vòng lỗ, và đặt hai đèn LED lệch nhau. Đây là dạng encoder phổ biến nhất hiện nay. Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 24 Hình trên là hình xung encoder tương đối. Khi xung A đang từ mức cao xuống mức thấp, mà lúc đó xung B đang ở mức thấp, thì chúng ta sẽ xác định được chiều chuyển động của encoder theo chiều mũi tên màu cam. Nếu xung A đang từ mức cao xuống mức thấp, mà xung B đang ở mức cao, thì chúng ta sẽ biết encoder đang quay theo chiều màu nâu. B; Khối xử lí Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 25 Hình 7:Một số vi xử lí C: LCD 1, Hình dáng Có rất nhiều loại LCD với nhiều hình dáng và kích thước khác nhau, trên hình 1 là loại LCD thông dụng. Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 26 Hình 8 : Hình dáng của loại LCD thông dụng Khi sản xuất LCD, nhà sản xuất đã tích hợp chíp điều khiển (HD44780) bên trong lớp vỏ và chỉ đưa các chân giao tiếp cần thiết. Các chân này được đánh số thứ tự và đặt tên như hình 9 : Hình 9: Sơ đồ chân của LCD 2;Chức năng các chân : Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 27 C hân K ý hiệu Mô tả 1 V ss Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với GND của mạch điều khiển. 2 V DD Chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với VCC=5V của mạch điều khiển. 3 V EE Điều chỉnh độ tương phản của LCD. 4 R S Chân chọn thanh ghi (Register select). Nối chân RS với logic “0” (GND) hoặc logic “1” (VCC) để chọn thanh ghi. + Logic “0”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của LCD (ở chế độ “ghi” - write) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độ “đọc” - read) + Logic “1”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trong LCD. 5 R /W Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write). Nối chân R/W với logic “0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic “1” để LCD ở chế độ đọc. 6 E Chân cho phép (Enable). Sau khi các tín hiệu được đặt lên bus DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận. Khi có 1 xung cho phép của chân E. + Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào(chấp nhận) thanh ghi bên trong nó khi phát hiện một xung (high-to-low transition) của tín hiệu chân E. + Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát hiện cạnh lên (low-to-high transition) ở chân E và được LCD giữ ở bus đến khi nào chân E xuống mức thấp. 7 - 14 D B0 - DB7 Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông tin với MPU. Có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus này : Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 28 Bảng 1 : Chức năng các chân của LCD * Ghi chú : Ở chế độ “đọc”, nghĩa là MPU sẽ đọc thông tin từ LCD thông qua các chân DBx. Còn khi ở chế độ “ghi”, nghĩa là MPU xuất thông tin điều khiển cho LCD thông qua các chân DBx. 3, Nguyên lý hoạt động -Các chân 1,2,3 là các chân VSS , VDD, VEE trong đó VSS chân nối đất , VEE chân chọn độ tương phản chân này được chọn qua 1 biến trở 5K, một đầu nối VCC , một đầu nối mát . Chân VDD nối dương nguồn . - Chân chọn thanh ghi RS (Register Select): Có hai thanh ghi trong LCD, chân RS (Register Select) được dùng để chọn thanh ghi, như sau: Nếu RS = 0 ở chế độ ghi lệnh như xóa màn hình , bật tắt con trỏ... Nếu RS =1 ở chế độ ghi dữ liệu như hiển thị ký tự , chữ số lên màn hình . -Chân đọc/ ghi (R/W): Đầu vào đọc/ ghi cho phép người dùng + Chế độ 8 bit : Dữ liệu được truyền trên cả 8 đường, với bit MSB là bit DB7. + Chế độ 4 bit : Dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4 tới DB7, bit MSB là DB7. 1 5 - Nguồn dương cho đèn nền. 1 6 - GND cho đèn nền. Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 29 ghi thông tin lên LCD khi R/W = 0 hoặc đọc thông tin LCD khi R/W = 1. -Chân cho phép E (Enable): Chân cho phép E được sử dụng bởi LCD để chốt dữ liệu của nó. Khi dữ liệu được đến chân dữ liệu thì cần có 1 xung từ mức cao xuống mức thấp ở chân này để LCD chốt dữ liệu , xung này phải có độ rộng tối thiểu 450ns. Chân D0 - D7: Đây là 8 chân dữ liệu 8 bít, được dùng để gửi thông tin lên LCD hoặc đọc nội dung của các thanh ghi trong LCD. Để hiển thị các chữ cái và các con số chúng ta gửi các mã ASCII của các chữ cái và các con số tương ứng đến các chân này khi bật RS =1; 4, Bảng mã lệnh trong LCD 16x2 : Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 30 Điều khiển LCD qua các bước sau : Bước 1:Chỉnh độ tương phản LCD cho thích hợp , nhiều trường hợp không chú ý LCD để tương phản quá thấp không nhìn thấy gì => đổi lỗi cho mạch hỏng. Bước 2:Khởi tạo LCD set số dòng , bật tắt con trỏ... Bước 3: Gán giá trị thích hợp cho các chân điều khiển RS, RW ,E với các chế độ. Bước 4: Xuất dữ liệu vào Port data-. Bước 5: Kiểm tra LCD có bận không để tiến hành xuất tiếp. Bước 6:Quay lại bước 1. III; Các linh kiện khác A,OPTOCOUPLERS(bộ cách li điện áp) Trong các hệ thống tự động điều khiển công suất có điện áp cao khoảng 200V-380V, có khi 660V hay 1000V, Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 31 trong khi các mạch điều khiển lại có điện áp thấp như các mạch logic, máy tính hay các hệ thống phải tiếp xúc với con người. Để tạo sự cách điện giữa mạch điều khiển với mạch công suất có sự khác biệt lớn về điện áp người ta chế tạo ra các bộ ghép quang. Một số loại opto: Nguyên tắc hoạt động: Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 32 • Bộ ghép quang gồm có hai phần gọi là sơ cấp và thứ cấp, phần sơ cấp là một điốt loại GaAs phát ra tia hồng ngoại, phần thứ cấp là một quang transistor loại silic. • Khi phân cực thuận, điốt phát ra bức xạ hồng ngoại chiếu trên mạch của quang transistor. • Bộ ghép quang hoạt động theo nguyên lí: tín hiệu điện sơ cấp là LED hồng ngoại (còn gọi là phần phát) đổi thành tín hiệu ánh sáng. Tín hiệu ánh sáng được phần thứ cấp là quang tranzitor (còn gọi là phần nhận) đổi lại thành tín hiệu điện. • Bộ ghép quang dùng để cách điện giữa hai mạch điện có điện áp cách biệt lớn. Điện áp cách điện giữa sơ cấp và thứ cấp từ vài trăm vôn đến hàng ngàn vôn. B,Động cơ điện một chiều a. Cấu tạo máy điện một chiều Sau đây là một số sơ đồ của máy điện 1 chiều: Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 33 Sơ đồ của một máy điện 1 chiều với bộ phận kích từ song song Mạch từ của một máy điện 2 cực Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 34 Cuộn dây kích từ trên một cực từ Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 35 Cấu tạo cổ góp Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 36 Cấu tạo chổi than Máy điện một chiều cơ bản gồm 2 phần mạch điện: mạch kích từ và mạch phần ứng. Mạch kích từ hay còn hay gọi là stator gồm phần tĩnh là cuộn dây quấn quanh các cực từ của stator. Số cực từ là chẵn chúng sắp xếp xen kẽ theo cực tính nam-bắc. Cuộn kích từ, dòng điện cũng như thông lượng của các cực từ là như nhau Các cuộn dây kích từ nối tiếp với nhau. Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 37 Dòng điện cung cấp cho cuộn kích từ nhằm tạo ra từ thông trong động cơ. Mạch kích từ không phải là mạch tiêu thụ công suất nguồn chính trong động cơ. Mạch phần ứng là mạch tiêu thụ công suất chính trong động cơ và nó nằm trên phần roto. Các cuộn của dây của phần ứng đặt trong đặt trong các rảnh phân bố trên bề mặt của roto, độ rộng của một cuộn dây gọi là bước cuộn. Các cuộn dây trên phần mạch ứng nối với nhau thành một mạch kín, kết thúc của cuộn này sẽ là bắt đầu của cuộn tiếp theo và kết thúc của cuộn cuối cùng sẽ là bắt đầu của cuộn đầu tiên, dòng một chiều đưa vào hay lấy ra từ dây cuốn phần ứng thông qua các chổi than tỳ lên cổ góp.Cổ góp là một kết cấu hình trụ trên bề mặt có nhiều phiến góp, số phiến góp bằng số cuộn dây, chúng được cách điện với nhau bằng mica. b. Nguyên lý hoạt động của động cơ một chiều Khi đặt vào trong từ trường một giây dẫn và cho dòng điện chạy qua dây dẫn thì từ trường sẽ tác dụng một lựcvào dòng điện và làm dây dẫn chuyển động.Chiều của lực được xác định bằng quy tắc bàn tay trái. Đây chính là nguyên lý làm việc của động cơ nói chung Về động cơ một chiều : Từ trường trong động cơ tạo ra từ các cuộn dây gọi là cuộn cảm hay cuộn kích từ .Do stator của động cơ có đặt các cuộn cảm nên thường gọi là phần cảm.Từ trường do cuộn cảm tạo ra sẽ tác dụng một lực vào các dây dẫn rotor đặt trong các rảnh của rotor khi có dòng điện chạy qua. Cuộn dây này gọi là cuộn ứng. Dòng điện đưa vào cuộn ứng qua các chổi than và cổ góp.Phần rotor mang phần ứng nên gọi là phần ứng. Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 38 Sơ đồ cấu tạo động cơ 1 chiều Giả sử các dây dẫn cuộn ứng nửa trên của rotor có dòng điện hướng vào còn các dây dẫn của cuộn ứng ở nửa dưới rotor có dòng điện hướng ra như hình vẽ. Từ lực F tác dụng vào các dây dẫn rotor có chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái sẽ tạo ra một mômen làm rotor quay ngược chiều kim đồng hồ. Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 39 Khi động cơ làm việc cuộn cảm tạo ra một từ trường Φd dọc trục cực từ và phân bố đối xứng với cực từ. Mặt phẳng 00’ trên đó có đặt chổi than ,vừa là mặt phẳng trung tính hình học và cũng là mặt phẳng trung tính vật lý. Đồng thời dòng điện trong cuộn ứng cũng tạo ra một từ trường riêng Φn hướng ngang trục cực từ. Từ trường tổng trong động cơ mất đi tính đối xứng dọc trục và khi này mặt phẳng trung tính vật lý quay đi một góc β ( ngược chiều quay của rotor) so với mặt phẳng trung tính hình học. Dòng điện cuộn ứng càng lớn thì Фn càng mạnh đồng thời góc quay β càng lớn. C,Rơle trung gian a. Công dụng Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 40 Rơle trung gian là một khí cụ điện dùng để khuếch đại gián tiếp các tín hiệu tác động trong các mạch điều khiển hay bảo vệ… Trong mạch điện, rơ le trung gian thường nằm giữa hai rơle khác nhau (vì điều này nên có tên là trung gian). Cuộn dây hút của rơle trung gian thường là cuộn dây điện áp và không có khả năng điều chỉnh giá trị điện áp. Do vậy,yêu cầu quan trọng của rơle trung gian là độ tin cậy trong tác động. Phạm vi giá trị điện áp làm việc của rơle trung gian thường là Uđm + 15%. Nguyên lý hoạt động của rơle trung gian là nguyên lý điện từ. Bộ tiếp xúc (hệ thống tiếp điểm) của các rơle trung gian thường có số lượng tương đối lớn, thường lớn hơn rất nhiều so với các rơle dòng điện, rơle điện áp cũng như các loại rơle khác. Rơle trung gian chỉ làm việc ở mạch điều khiển nên nó chỉ có tiếp điểm phụ mà không có tiếp điểm chính. Cường độ dòng điện đi qua các tiếp điểm là như nhau. b. Phân loại, ký hiệu Trong quá trình lắp ráp các mạch điều khiển dùng rơle hay trong các mạch điện tử công nghiệp,ta thường gặp một số ký hiệu sau đây được dùng cho rơle. Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 41 + Ký hiệu SPDT: Ký hiệu này được viết tắt từ thuật ngữ : SINGLE POLE DOUBLE THROW, rơle mang ký hiệu này thường có một cặp tiếp điểm thường đóng và một cặp tiếp điểm thường mở , hai cặp tiếp điểm này có một đầu chung với nhau. + Ký hiệu DPDT: Ký hiệu này được viết tắt từ thuật ngữ : DOUBLE POLED OUBLE THROW, rơle mang ký hiệu này gồm có hai cặp tiếp điểm thường đóng và hai cặp tiếp điểm thường. Các tiếp điểm này liên kết thành hai hệ thống, mỗi hệ thống bao gồm một cặp tiếp điểm thường đóng và thường mở có một đầu chung nhau. + Ký hiệu SPST: Ký hiệu này được viết tắt từ thuật ngữ : SINGLE POLE SINGLE THROW, rơle mang ký hiệu này chỉ có một cặp tiếp điểm thường mở . + Ký hiệu DPST: Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 42 Ký hiệu này được viết tắt từ thuật ngữ : DOUBLE POLE SINGLE THROW, rơle mang ký hiệu này gồm có hai cặp tiếp điểm thường mở . Ngoài ra, rơle lắp trong tủ điều khiển thường được đặt trên các đế chân ra.Tùy theo số lượng chân ra, ta có các kiểu đế chân khác nhau:đế 8 chân,đế 11 chân... Cấu tạo và nguyên lý làm việc Rơle trung gian gồm: Mạch từ nam châm điện, hệ thống tiếp điểm chịu dòng điện nhỏ (5A), vỏ bảo vệ và các chân ra tiếp điểm. Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 43 Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 44 Nguyên lý hoạt động của Rơle trung gian tương tự như nguyên lý hoạt động của Contactor. Khi cấp điện áp bằng giá trị điện áp định mức vào hai đầu cuộn dây của rơle trung gian (ghi trên nhãn), lực điện từ hút mạch từ kín lại,hệ thống tiếp điểm chuyển đổi trạng thái và duy trì trạng thái này (tiếp điểm thường đóng mở ra, tiếp điểm thường mở đóng lại). Khi ngừng cấp nguồn, mạch từ hở,hệ thống tiếp điểm trở về trạng thái ban đầu. Điểm khác biệt giữa Contactor và rơle trung gian có thể tóm tắt như sau: - Trong rơle trung gian chỉ có duy nhất một loại tiếp điểm có khả năng tải dòng điện nhỏ ,sử dụng cho mạch điều khiển (tiếp điểm phụ ). Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 45 - Trong rơle cũng có các loại tiếp điểm thường đóng và tiếp điểm thường mở, tuy nhiên các tiếp điểm không có buồng dập hồ quang (khác với hệ thống tiếp điểm chính trong Contactor hay CB) Sơ đồ mạch nguyên lí & kết luận Từ sơ đồ mạch nguyên lí ta có thể hiểu được nguyên tắc hoạt động của hệ thống cũng như các linh kiện. Sơ đồ này được mô phỏng trên phần mềm mô phỏng proteus. Tính thực tế và phương hướng phát triển bài tập: Với bài thiết kế hệ thống đo và điều khiển tốc độ động cơ đã giúp cho chúng em hiểu được nguyên lí hoạt động của 1 số loại cảm biến hiện nay đặc biệt là encoder. Tuy nhiên vì đây là lần đầu làm bài tập lớn nên chúng em vẫn còn nhiều thiếu sót trong quá trình trình bày.Cho nên chúng em rất muốn có thêm sự đóng góp ý kiến của thầy ,cô giáo và các bạn để có thể hoàn thiện tốt hơn và có kinh nghiệm cho những bài tập sau này. Chúng em xin trân thành cảm ơn! Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 46 Nhóm 3 lớp Tự Động Hóa 2 K5 ĐHCNHN Bài tập lớn môn Đo lường và cảm biến Page 47