Thiết kế cửa tự động

phÇn I Ch­¬ng I :T×m hiÓu chung vÒ c«ng nghÖ ®iÒu khiÓn cöa tù ®éng I : C¸c lo¹i cöa Tù ®éng hiÖn nay HiÖn nay cã nhiÒu lo¹i cöa tù ®éng : cöa kÐo,cöa ®Èy, cöa cuèn, cöa tr­ît.... Nh­ng chóng th­êng ®­îc s¶n xuÊt ë n­íc ngoµi b¸n t¹i viÖt nam víi gi¸ thµnh kh¸ cao. V× thÕ chóng kh«ng ®­îc sö dông réng r·i. Nhu cÇu cöa tù ®éng ë ViÖt Nam lµ rÊt lín vÒ sè l­îng vµ chñng lo¹i. 1.1. Cöa cuèn: H×nh 1.1. Cöa cuèn Lo¹i cöa nµy cã ­u ®iÓm lµ gän nhÑ tiÖn dông vµ dÔ sö dông, l¹i chØ cÇn ®éng c¬ c«ng suÊt nhá. Lo¹i cöa nµy th­êng ®­îc dïng cho gara « t«. Nã cã tÝnh kinh tÕ kh¸ cao v× kh«ng mÊy khã kh¨n khi lµm ®­îc lo¹i cöa nµy. Nh­ng cã nh­îc ®iÓm lµ cöa kh«ng ch¾c ch¾n vµ dÔ bÞ háng h¬n c¸c lo¹i cöa kh¸c 1.2. Cöa kÐo: H×nh 1.2. Cöa kÐo Lo¹i cöa nµy nh×n rÊt l¹, víi kÕt cÊu ®¬n gi¶n mét ®éng c¬ ®­îc g¾n cè ®Þnh víi trÇn nhµ. Cöa ®­îc ®éng c¬ kÐo b»ng mét ®o¹n d©y. ¦u ®iÓm cña lo¹i nµy lµ ®¬n gi¶n nh­ng hiÖu qu¶, so víi lo¹i cöa cuèn th× c¸nh cöa ch¾c h¬n nhiÒu. Cã lÏ nh­îc ®iÓm cña lo¹i cöa nµy lµ ®éng c¬ g¾n víi trÇn nhµ v× vËy cÇn ph¶i g¾n ®ñ ch¾c ®Ó chÞu ®­îc søc nÆng cña cöa. V× vËy trong thùc tÕ ng­êi ta Ýt sö dông lo¹i cöa kÐo nµy do nh­îc ®iÓm lµ ph¶i g¾n ®ñ ch¾c ®Ó chÞu søc nÆng nÕu kh«ng sÏ rÊt nguy hiÓm cho ng­êi sö dông. 1.3. Cửa trượt H×nh 1.3. Cöa trù¬t Lo¹i cöa nµy cã ®Æc ®iÓm lµ cã mét r·nh tr­ît cè ®Þnh cho phÐp c¸nh cöa thÓ tr­ît qua tr­ît l¹i. Lo¹i cöa nµy th­êng ®­îc sö dông trong nhµ hµng, kh¸ch s¹n, c¬ quan hay s©n bay, nhµ ga, trung t©m th­¬ng m¹i... Lo¹i cöa nµy cã ­u ®iÓm lµ kÕt cÊu kh¸ nhÑ nhµng,t¹o ra mét c¶m gi¸c tho¸ng ®¹t vµ tho¶i m¸i vµ lÞch sù rÊt thÝch hîp víi nh­ng n¬i c«ng céng, c¬ quan... Lo¹i cöa nµy thiÕt kÕ rÊt toµn vÑn, nã cã thÓ nhËn biÕt ®­îc ng­êi, m¸y mãc còng nh­ loµi vËt cã thÓ ®i qua. Nh­îc ®iÓm cña lo¹i cöa nµy lµ ®é ch¾c ch¾n kh«ng cao , nhÑ nhµng nh­ng kh«ng cã nghÜa lµ gän gµng mµ ng­îc l¹i cã khi l¹i rÊt cång kÒnh Nh­ng trªn thùc tÕ lo¹i cöa nµy l¹i ®­îc sö dông réng r·i vµ phæ biÕn nhÊt hiÖn nay. II. KHẢO SÁT CÁC LOẠI CỬA TỰ ĐỘNG Ở HÀ NỘI Th«ng qua viÖc quan s¸t, t×m hiÓu vÒ cöa tù ®éng ë mét sè ®Þa ®iÓm trªn Hµ Néi hiÖn nay, ta nhËn thÊy cöa tù ®éng ®­îc sö dông chñ yÕu ë nh÷ng n¬i giao dÞch th­¬ng m¹i, nh÷ng c«ng së lín, ë s©n bay, ng©n hµng vµ c¸c kh¸ch s¹n lín. Së dÜ nh­ vËy lµ do nh÷ng n¬i nµy cã l­îng ng­êi qua l¹i lín, ®ång thêi nh÷ng n¬i nµy l¹i yªu cÇu cã tÝnh hiÖn ®¹i, sang träng vµ tiÖn dông. Sö dông cöa tù ®éng t¹i nh÷ng n¬i nµy sÏ ph¸t huy ®­îc tÊt c¶ nh÷ng ­u ®iÓm cña nã. Tuy nhiªn cöa tù ®éng còng cã rÊt nhiÒu lo¹i tuú theo yªu cÇu vÒ môc ®Ých sö dông nh­ träng l­îng cöa, chiÒu cao hay phÇn m¹ch ®iÒu khiÓn cöa. Theo träng l­îng cöa th× cã c¸c lo¹i sau: lo¹i 200 kg/hai c¸nh t¹i Cung v¨n ho¸ h÷u nghÞ ViÖt X«,lo¹i 180kg/2 c¸nh t¹i ng©n hµng n«ng nghiÖp vµ ph¸t triÓn n«ng th«n.Ngoµi ra ng­êi ta cßn chia ra lµm hai lo¹i theo sè c¸nh cöa:Lo¹i mét c¸nh vµ lo¹i hai c¸nh. + Cöa tù ®éng chØ cã 1 c¸nh: Lo¹i cöa nµy chñ yÕu ®­îc dïng trong 2 ®iÒu kiÖn nh­ sau: Mét lµ, nh÷ng n¬i yªu cÇu tÝnh hiÖn ®¹i, sang träng nh­ng l¹i cã sè l­îng ng­êi ®i qua l¹i kh«ng nhiÒu nh­ c¸c kh¸c s¹n lín, nhµ nghØ lín, hay c«ng së mµ kh«ng cã tÝnh chÊt giao dÞch Hai lµ, nh÷ng lo¹i cæng cã kÝch th­íc lín dïng ë c¸c c«ng ty, xÝ nghiÖp hay nh÷ng ng«i nhµ lín Ngoµi ra cßn cã thÓ cã lo¹i cöa tù ®éng mµ chØ cã 1 c¸nh ®ãng më tù ®éng cßn l¹i 1 c¸nh lµ ®ãng më nh­ lo¹i b×nh th­êng. + Cöa tù ®éng cã hai c¸nh: Lo¹i cöa nµy ®­îc dïng réng r·i h¬n so víi lo¹i cöa tù ®éng 1 c¸nh. N¬i cã sè l­îng cöa tù ®éng lín nhÊt hiÖn nay t¹i Hµ Néi ®ã lµ s©n bay Néi bµi. ë ®©y lo¹i cöa ®­îc sö dông chñ yÕu lµ lo¹i cöa tr­ít hai c¸nh. §Ó t×m hiÓu râ h¬n ta ®i kh¶o s¸t cöa tù ®éng t¹i ®©y. Kh¶o s¸t cöa tù ®éng ë s©n bay Néi Bµi - Hµ Néi H×nh 1.4. Cöa tù ®éng t¹i s©n bay Néi Bµi Tr­íc cöa ra vµo n¬i b¸n vÐ vµ lµm thñ tôc bay cña s©n bay Néi Bµi c¶ tÇng 1 vµ tÇng 2 mçi tÇng cã 14 hÖ thèng cöa tù ®éng .TÊt c¶ c¸c cöa nµy ®Òu cã kÕt cÊu c¬ khÝ vµ h×nh d¹ng bªn ngoµi gièng nhau do h·ng PORTALP chÕ t¹o. Cöa tù ®éng t¹i ®©y sö dông hÖ thèng cöa hai c¸nh víi kÝch th­íc cöa Cao: 2.5m Réng: 3m §é réng cöa khi më hoµn toµn: 1.5m Cuèi hµnh tr×nh më cã ®Æt mét c«ng t¾c hµnh tr×nh ®Ó b¶o vÖ tr¸nh cho cöa kh«ng chuyÓn ®éng v­ît qu¸ hµnh tr×nh. Quan s¸t cöa chuyÓn ®éng em thÊy cöa chuyÓn ®éng víi ba cÊp tèc ®é. Khi më cöa cöa më ra víi vËn tèc nhanh ®Ó kÞp thêi më ra tr¸nh t×nh tr¹ng ng­êi ph¶i chê ®îi cöa më g©y c¶m gi¸c khã chÞu cho ng­êi muèn ®i vµo, gÇn hÕt hµnh tr×nh më cöa gi¶m tèc vµ dõng l¹i, khi cöa ®ãng cöa ®ãng víi vËn tèc chËm h¬n so víi lóc më ®Ó tr¸nh g©y c¶m gi¸c cho ng­êi muèn ®i vao tõ ®»ng xa.GÇn hÕt hµnh tr×nh cöa gi¶m tèc vµ dõng l¹i chÝnh x¸c. Khi më ra kho¶ng trÔ thêi gian lµ kho¶ng 5 gi©y nÕu ko cã tÝn hiÖu th× cöa sÏ ®ãng l¹i. Kho¶ng c¸ch xa cña tÝn hiÖu c¶m biÕn lµ kho¶ng 2m. Khi cöa ®ang ®ãng mµ cã tÝn hiªu ng­êi ®i vµo th× cöa sÏ më ra víi vËn tèc nhanh sau gÇn cuèi hµnh tr×nh th× gi¶m tèc vµ dõng l¹i chÝnh x¸c ë cuèi hµnh tr×nh.C¶m biÕn dïng ë ®©y lµ hai c¶m biÕn quang:Mét c¶m biÕn ®Æt ë phÝa bªn ngoµi, mét c¶m biÕn ®Æt ë phÝa bªn trong cña c¸nh cöa ®Ó ®¶m b¶o nhËn biÕt vµ b¸o tÝn hiÖu khi cã ng­êi ®i tõ trong ra còng nh­ khi cã ngõ¬i ®i tõ ngoµi vµo.Hai c¶m biÕn nµy trªn khung c¸nh cöa. iii. C«ng nghÖ cöa tù ®éng Qua t×m hiÓu tµi liÖu vµ quan s¸t thùc tÕ em thÊy mét hÖ thèng cöa tù ®éng ph¶i ®¶m b¶o yªu cÇu c«ng nghÖ: Khi cã tÝn hiÖu ng­êi cöa sÏ lËp tøc më ra Khi mÊt tÝn hiÖu ng­êi sau mét kho¶ng thêi gian trÔn nhÊt ®Þnh cöa sÏ tù ®éng ®ãng l¹i Khi cöa ®ang ®ãng l¹i mµ cã tÝn hiÖu ng­êi th× cöa sÏ më ra Trong hµnh tr×nh më cöa më víi hai cÊp tèc ®é cÊp thø nhÊt la më nhanh víi vËn tèc V1 ®Ó ngay lËp tøc më ra kÞp thêi cho ng­êi ®i tíi. §Õn gÇn cuèi hµnh tr×nh cöa gi¶m xuèng vËn tèc V3 vµ dõng l¹i chÝnh x¸c ®Ó tr¸nh viÖc va ®Ëp g©y ån vµ háng cöa Trong hµnh tr×nh ®ãng cöa còng ®ãng víi hai cÊp tèc ®é, cÊp thø nhÊt lµ cöa ®ãng nhanh víi vËn tèc V2 nh­ng ph¶i ®¶m b¶o V2 nhá h¬n V1 ®Ó tr¸nh g©y c¶m gi¸c ghª sî cho ng­êi ®ang ®i tíi. Vµ gÇn cuèi hµnh tr×nh ®ãng cöa còng gi¶m xuèng vËn tèc V3 vµ dõng l¹i chÝnh x¸c. Ch­¬ng II : T×m hiÓu vÒ c¸c phÇn tö, thiÕt bÞ dïng trong cöa tù ®éng I.C¸c ph­¬ng ph¸p ph¸t hiÖn vËt thÓ VÊn ®Ò ph¸t hiÖn vËt thÓ lµ mét trong nh÷ng vÊn ®Ò c¬ b¶n trong ®Ò tµi thiÕt kÕ, ®iÒu khiÓn cöa tù ®éng. §Ó ph¸t hiÖn vËt thÓ chóng ta cã thÓ ¸p dông rÊt nhiÒu nguyªn t¾c vËt lý kh¸c nhau. Sau ®©y chóng ta sÏ lÇn l­ît t×m hiÓu vÒ mét sèph­¬ng ph¸p ph¸t hiÖn vËt thÓ ®iÓn h×nh. 1.1 Ph­¬ng ph¸p ph¸t hiÖn vËt thÓ øng dông c«ng nghÖ vi sãng Ph­¬ng ph¸p ph¸t hiÖn vËt thÓ øng dông vi sãng ®­îc thùc hiÖn th«ng qua c¸c c¶m biÕn vi sãng. C¶m biÕn vi sãng lµ thiÕt bÞ ®iÖn tö sö dông sãng cùc ng¾n ®Ó ®o di chuyÓn tèc ®é, chiÒu chuyÓn ®éng, kho¶ng c¸ch, ph¸t hiÖn vËt thÓ . C¶m biÕn vi sãng ®­îc chia thµnh n¨m lo¹i: - C¶m biÕn chuyÓn ®éng ph¸t hiÖn ®èi t­îng chuyÓn ®éng ®i vµo vïng b¶o vÖ. - C¶m biÕn tèc ®é ®o t«c ®é di chuyÓn cña ®èi t­îng. - C¶m biÕn ph¸t hiÖn h­íng chuyÓn ®éng cña ®èi t­îng (ch¹y tiÕn, ch¹y lïi). - C¶m biÕn tiÕp cËn: ph¸t hiÖn sù hiÖn diÖn cña ®èi t­îng. - C¶m biÕn kho¶ng c¸ch ®o kho¶ng c¸ch tõ c¶m biÕn ®Õn ®èi t­îng. C¸c ®Æc ®iÓm c¬ b¶n cña c¶m biÕn vi sãng: - Kh«ng tiÕp xóc c¬ khÝ: Do cã ®Æc tÝnh nµy mµ c¶m biÕn vi sãng cã thÓ lµm viÖc trong c¸c m«i tr­êng ®éc h¹i, dÔ ch¸y næ, cã thÓ th©m nhËp vµo bÒ mÆt kh«ng kim lo¹i nh­ sîi thuû tinh, ph¸t hiÖn møc, ph¸t hiÖn ®èi t­îng b»ng cact«ng... - BÒn v÷ng: C¶m biÕn siªu ©m kh«ng cã bé phËn chuyÓn ®éng, cã thÓ ®­îc bäc kÝn nªn cã thÓ chèng ®­îc t¸c ®éng c¬ häc. - Vïng t¸c ®éng réng: C¶m biÕn siªu ©m cã thÓ ph¸t hiÖn c¸c ®èi t­îng xa tõ 25 mm ®Õn 45.000 mm vµ lín h¬n, phô thuéc vµo kÝch th­íc cña ®èi t­îng, c«ng suÊt nguån vµ anten. - KÝch th­íc nhá: MÆc dï cã kÝch th­íc lín h¬n c¶m biÕn tiÕp cËn ®iÖn c¶m, ®iÖn dung nh­ng khi sö dông tÇn sè cao vµ m¹ch ®iÖn tö c«ng nghÖ cao cã thÓ gi¶m kÝch th­íc, gi¸ thµnh. - KÝch th­íc môc tiªu: C¶m biÕn siªu ©m phï hîp víi môc tiªu ph¸t hiÖn kÓ c¶ môc tiªu nhá nh­ mét h¹t c¸t. - M«i tr­êng lµm viÖc: Cã thÓ lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn m«i tr­êng khã kh¨n tõ -55 tíi +125 ®é C, m«i tr­êng bôi bÈn, « nhiÔm, ®éc h¹i. Nguyªn lý ho¹t ®éng cña c¶m biÕn vi sãng: C¶m biÕn vi sãng gåm cã ba phÇn chÝnh:nguån, anten tô tiªu, m¸y thu vµ xö lý tÝn hiÖu. Th«ng th­êng m¸y ph¸t vµ m¸y thu ®­îc ®Æt trong cïng mét module. M¸y ph¸t chøa diode Gunn l¾p trong mét hèc céng h­ëng nhá, cã nguån n¨ng l­îng vµ dao ®éng ë tÇn sè cao cì Ghz. C«ng suÊt ph¸t cì 10 ®Õn 20 mW, c«ng suÊt nguån mét chiÒu 8V, 150mA. §Çu cuèi èng dÉn sãng ®­îc nèi víi anten. Anten tô tiªu chïm tia, mçi anten cã d¶i th«ng vµ hÖ sè khuÕch ®¹i x¸c ®Þnh. Khi ®Ëp vµo ®èi t­îng chïm sãng ®­îc ph¶n håi l¹i module. Khi tia ph¶n x¹ l¹i m¸y thu diode trén sÏ phèi hîp víi mét phÇn tÝn hiÖu ph¸t. NÕu môc tiªu chuyÓn ®éng pha cña hai tÝn hiÖu ph¸t vµ trë vÒ kh¸c nhau. TÝn hiÖu ®Õn m¸y thu cì W ®Õn mW cÇn ®­îc khuÕch ®¹i. Ngoµi khuÕch ®¹i, so s¸nh cã thªm m¹ch relay ®Çu ra ®Ó phï hîp víi øng dông. Víi nh÷ng ®Æc tÝnh trªn c¶m biÕn vi sãng rÊt hiÖu qu¶ trong viÖc ph¸t hiÖn nh÷ng môc tiªu, nh÷ng vËt thÓ chuyÓn ®éng cã kÝch th­íc nhá, ë kho¶ng c¸ch xa. Tuy nhiªn víi nh÷ng vËt thÓ kh«ng di ®éng viÖc sö dông vi sãng th­êng kh«ng ®em l¹i hiÖu qu¶ nh­ mong muèn, chi phÝ cho ph­¬ng ph¸p nµy còng kh¸ tèn kÐm. 1.2 Ph­¬ng ph¸p ph¸t hiÖn vËt thÓ dùa trªn hiÖu øng quang ®iÖn Trong ph­¬ng ph¸p nµy viÖc ph¸t hiÖn vËt thÓ ®­îc thùc hiÖn th«ng qua c¸c c¶m biÕn quang ®iÖn. C¶m biÕn quang ®iÖn lµ c¸c linh kiÖn quang ®iÖn, thay ®æi tr¹ng th¸i ®iÖn khi cã ¸nh s¸ng thÝch hîp t¸c ®éng vµo bÒ mÆt cña nã. C¶m biÕn quang ®iÖn bao gåm mét sè lo¹i sau. 1.2.1 TÕ bµo quang dÉn §Æc tr­ng c¬ b¶n cña tÕ bµo quang dÉn lµ ®iÖn trë cña nã phô thuéc vµo th«ng l­îng cña bøc x¹ vµ phæ cña bøc x¹ ®ã. TÕ bµo quang dÉn lµ mét trong nh÷ng c¶m biÕn cã ®é nh¹y cao. C¬ së vËt lý cña tÕ bµo quang dÉn lµ hiÖn t­îng quang dÉn do kÕt qu¶ cña hiÖu øng quang ®iÖn bªn trong. §ã lµ hiÖn t­îng gi¶i phãng h¹t t¶i ®iÖn trong vËt liÖu b¸n dÉn d­íi t¸c dông cña ¸nh s¸ng. 1.2.2 Photodiode Nguyªn lý ho¹t ®éng cña photodiot: Khi chiÕu s¸ng lªn bÒ mÆt diode b¸n dÉn b»ng bøc x¹ cã b­íc sãng nhá h¬n b­íc sãng ng­ìng < sÏ xuÊt hiÖn thªm c¸c cÆp ®iÖn tö - lç trèng. §Ó c¸c h¹t nµy cã thÓ tham gia vµo ®é dÉn vµ lµm t¨ng dßng ®iÖn I, cÇn ph¶i ng¨n c¶n qu¸ tr×nh t¸i hîp cña chóng tøc lµ ph¶i nhanh chãng t¸ch cÆp ®iÖn tö - lç trèng d­íi t¸c dông cña ®iÖn tr­êng. §iÒu nµy chØ cã thÓ x¶y ra trong vïng nghÌo vµ sù chuyÓn dêi cña c¸c ®iÖn tö ®ã kÐo theo sù gia t¨ng cña c¸c dßng ®iÖn ng­îc. §Ó ®¹t ®­îc ®iÒu ®ã ¸nh s¸ng ph¶i ®¹t tíi vïng nghÌo sau khi ®· ®i qua bÒ dµy cña chÊt b¸n dÉn vµ tiªu hao n¨ng l­îng kh«ng nhiÒu. Cµng ®i s©u vµo chÊt b¸n dÉn quang th«ng cµng gi¶m. Diode thùc tÕ cã líp b¸n dÉn rÊt máng ®Ó sö dông ¸nh s¸ng h÷u hiÖu, ®ång thêi vïng nghÌo còng ph¶i ®ñ réng ®Ó sù hÊp thô ë ®ã lµ cùc ®¹i. Photodiot ho¹t ®éng theo hai chÕ ®é quang dÉn vµ quang thÕ. 1.2.3 Phototranzito Phototranzito lµ tranzito silic lo¹i NPN trong ®ã vïng baz¬ cã thÓ ®­îc chiÕu s¸ng. Khi kh«ng cã ®iÖn ¸p ®Æt trªn baz¬ chØ cã ®iÖn ¸p trªn C, chuyÓn tiÕp B - C ph©n cùc ng­îc. §iÖn ¸p ®Æt vµo tËp trung hÇu nh­ toµn bé lªn chuyÓn tiÕp B - C, trong khi ®ã sù chªnh lÖch ®iÖn thÕ gi÷a E vµ B kh«ng ®¸ng kÓ = 0.6 - 0,7 V. Khi chuyÓn tiÕp B-C ®­îc chiÕu s¸ng, sÏ ho¹t ®éng gièng photodiode ë chÕ ®é quang dÉn víi dßng ®iÖn ng­îc =+. Trong ®ã lµ dßng ®iÖn ng­îc trong tèi, lµ dßng quang ®iÖn khi cã quang th«ng chiÕu qua bÒ dµy X. Dßng ®ãng vai trß dßng baz¬, nã g©y nªn dßng colect¬ =(+1) . lµ hÖ sè khuÕch ®¹i dßng khi emit¬ nèi chung. Cã thÓ coi phototranzito nh­ tæ hîp cña mét photodiot vµ mét tranzito. photodiot cung cÊp dßng quang ®iÖn t¹i baz¬, cßn tranzito cho hiÖu øng khuÕch ®¹i . C¸c ®iÖn tö vµ lç trèng ph¸t sinh trong vïng baz¬ d­íi t¸c dông cña ¸nh s¸ng sÏ bÞ ph©n chia d­íi t¸c dông cña ®iÖn tr­êng trªn chuyÓn tiÕp B-C. Trong kü thuËt c¶m biÕn quang ®iÖn th­êng ®­îc sö dông nh­ mét kho¸ chuyÓn m¹ch ®ãng c¾t m¹ch ®iÖn khi cã mÆt hoÆc kh«ng cã mÆt ®èi t­îng cÇn ph¸t hiÖn. Tuy nhiªn c¶m biÕn quang ®iÖn chØ ®­îc sö dông ®Ó ph¸t hiÖn vËt thÓ trong ph¹m vi nhá, dÔ bÞ nhiÔu bëi c¸c nguån s¸ng kh¸c. 1.3 Ph­¬ng ph¸p ph¸t hiÖn vËt thÓ b»ng nhËn d¹ng h×nh ¶nh C¸c c¬ thÓ sèng ®­îc thiªn nhiªn ban tÆng c¬ quan thÞ gi¸c v« cïng tinh tÕ. Mu«ng thó, c¸c loµi chim vµ c«n trïng cã cÆp m¾t rÊt tinh tÕ ®Ó kiÕm måi. ViÖc nhËn d¹ng dùa trªn rÊt nhiÒu yÕu tè nh­ h×nh d¸ng, kÝch th­íc, mµu s¾c hay nh÷ng ®Æc ®iÓm cã tÝnh chÊt ®Æc tr­ng. Ngµy nay chóng ta ®· cã thÓ chÕ t¹o ra nh÷ng hÖ thèng nhËn d¹ng nh©n t¹o tuy nhiªn ch­a thÓ so s¸nh ®­îc thÞ gi¸c vµ kh¶ n¨ng xö lý cña bé n·o con ng­êi. Trong môc nµy sÏ giíi thiÖu hÖ thèng nhËn d¹ng h×nh ¶nh b»ng ph­¬ng tiÖn camera th«ng dông phèi hîp víi kü thuËt ph©n tÝch, nhËn d¹ng h×nh ¶nh nh»m t¹o nªn hÖ thèng c¶m biÕn h×nh ¶nh dÔ sö dông cho qu¸ tr×nh ph¸t hiÖn vËt thÓ. Nguyªn lý c¶m nhËn h×nh ¶nh: Khi ¸nh s¸ng ®Ëp vµo bÒ mÆt mét vËt th× mét phÇn ¸nh s¸ng bÞ ph¶n x¹, mét phÇn bÒ mÆt bÞ hÊp thô hoÆc truyÒn dÉn vµo vËt. Tû lÖ c¸c b­íc sãng ¸nh s¸ng ph¶n x¹ phô thuéc vµo gãc tíi, ®Æc tÝnh lý ho¸ cña bÒ mÆt vµ sù ph©n cùc ¸nh s¸ng. Do vËy ph©n bè phæ ¸nh s¸ng ph¶n x¹ cho ta th«ng tin vÒ ®Æc tÝnh lý ho¸ cña bÒ mÆt. §­¬ng nhiªn ®èi m¾t ng­êi chØ c¶m nhËn ®­îc b­íc sãng n»m trong kho¶ng 380 nm ®Õn 780 nm. Cã nhiÒu kü thuËt kh¸c nhau ®Ó khai th¸c th«ng tin cña tÝn hiÖu ph¶n x¹: - Kü thuËt ph©n tÝch phæ dïng m¸y ph©n tÝch phæ ®Ó ®¸nh gi¸ tÝnh chÊt cña bÒ mÆt chiÕu s¸ng. - Kü thuËt phæ ¶nh quan t©m ®Õn ®Æc tÝnh ho¸ häc cña tõng miÒn ¸nh s¸ng xuyªn qua. HÖ thèng c¶m nhËn h×nh ¶nh bao gåm: camera, nguèn s¸ng chiÕu s¸ng ®èi t­îng, m¸y tÝnh ®­îc tÝch hîp phÇn mÒm th«ng minh vµ kÕt nèi víi c¸c thµnh phÇn kh¸c cña hÖ thèng. §èi t­îng quan s¸t ®­îc chiÕu s¸ng vµ tô tiªu vµo camera vµ truyÒn ®Õn m¸y tÝnh. Camera thu lo¹i th«ng dông c¶m nhËn tÝn hiÖu ba mµu c¬ b¶n: R (Red- mµu ®á, b­íc sãng 700nm), G (Green- mµu xanh l¸ c©y, b­íc sãng 546nm) vµ B (Blue- mµu xanh da trêi, b­íc sãng 436nm). Mét sè camera sö dông bé läc mµu ®Ó ph©n tÝch c¸c mµu R, B, G råi míi ®­a vµo m¸y tÝnh xö lý. TÝnh æn ®Þnh cña lµ ®Æc tÝnh quan träng cña camera. §é nh¹y vµ ®¸p øng phæ cña silicon thay ®æi theo nhiÖt ®é nªn vÞ trÝ ®Æt camera cÇn cã ®iÒu hoµ nhiÖt ®é. Nguån s¸ng sö dông lµ ¸nh s¸ng mÆt trêi, nÕu trong m«i tr­êng kh«ng cã ¸nh s¸ng mÆt trêi th× dïng ®Ìn sîi ®èt víi diÖn tÝch hÑp vµ ®Ìn huúnh quang cho vïng chiÕu s¸ng réng. M¸y tÝnh sau khi nhËn ®­îc tÝn hiÖu h×nh ¶nh tõ camera sÏ ph©n tÝch vµ nhËn d¹ng h×nh ¶nh b»ng phÇn mÒm. Ngµy nay víi sù ph¸t triÓn cña trÝ tuÖ nh©n t¹o vµ m¹ng n¬ron th× hÖ thèng nhËn d¹ng h×nh ¶nh cµng chÝnh x¸c, ®¸p øng nhanh h¬n. Tuy nhiªn ph­¬ng ph¸p ph¸t hiÖn vËt thÓ b»ng nhËn d¹ng h×nh ¶nh kh«ng ®­îc sö dông nhiÒu trong thùc tiÔn do thiÕu sù tin cËy, phøc t¹p vµ chi phÝ cao. 1.4 C¶m biÕn tiÕp cËn C¶m biÕn tiÕp cËn ®­îc sö dông ®Ó sù cã mÆt hoÆc kh«ng cã mÆt cña ®èi t­îng b»ng kü thuËt c¶m biÕn kh«ng cã tiÕp xóc c¬ häc. C¸c c¶m biÕn tiÕp c¹n sö dông nguyªn lý thay ®æi ®iÖn c¶m hay thay ®æi ®iÖn dung cña phÇn tö m¹ch ®iÖn khi cã mÆt hoÆc kh«ng cã mÆt ®èi t­îng, cã cÊu tróc t­¬ng ®èi ®¬n gi¶n, kh«ng ®ßi hái tiÕp xóc c¬ häc nh­ng tÇm ho¹t ®éng h¹n chÕ víi kháng c¸ch tèi ®a 100 nm. C¸c kü thuËt tiÕp cËn dùa trªn nguyªn lý vi sãng vµ quang häc cã tÇm ho¹t ®éng lín vµ ®­îc sö dông réng r·i trong thùc tÕ. 1.4.1 C¶m biÕn tiÕp cËn ®iÖn c¶m Mét bé c¶m biÕn tiÕp cËn ®iÖn c¶m gåm bèn khèi chÝnh: cuén d©y vµ lâi ferit, m¹ch dao ®éng, m¹ch ph¸t hiÖn, m¹ch ®Çu ra. M¹ch dao ®éng ph¸t dao ®éng ®iÖn tõ c«ng suÊt radio. Tõ tr­êng biÕn thiªn tËp trung tõ lâi s¾t sÏ mãc vßng víi ®èi t­îng kim lo¹i ®Æt ®èi diÖn víi nã. Khi ®èi t­îng l¹i gÇn sÏ cã dßng ®iÖn Foucault c¶m øng trªn mÆt ®èi t­îng t¹o nªn mét t¶i lµm gi¶m biªn ®é tÝn hiÖu dao ®éng. Bé ph¸t hiÖn sÏ sù thay ®æi tr¹ng th¸i biªn ®é m¹ch dao ®éng. Khi môc tiªu rêi khái tr­êng cña bé c¶m biÕn, biªn ®é m¹ch dao ®éng t¨ng lªn trªn gi¸ trÞ ng­ìng vµ bé ph¸t hiÖn trë vÒ vÞ trÝ b×nh th­êng. Ph¹m vi cña c¶m biÕn tiÕp cËn ®iÖn c¶m liªn quan ®Õn kho¶ng c¸ch gi÷a bÒ mÆt c¶m biÕn vµ ®èi t­îng, liªn quan ®Õn h×nh d¸ng cña lâi vµ d©y quÊn. 1.4.2 C¶m biÕn tiÕp cËn ®iÖn dung Trong c¶m biÕn tiÕp cËn ®iÖn dung, sù cã mÆt cña ®èi t­îng lµm thay ®èi ®iÖn dung C cña c¸c b¶n cùc. C¶m biÕn tiÕp cËn ®iÖn dung còng gåm bèn bé phËn chÝnh lµ cuén d©y vµ lâi ferit, m¹ch dao ®éng, m¹ch ph¸t hiÖn, m¹ch ®Çu ra. Tuy nhiªn c¶m biÕn tiÕp cËn ®iÖn dung kh«ng ®ßi hái ®èi t­îng lµ kim lo¹i. §èi t­îng ph¸t hiÖn cã thÓ lµ chÊt láng, vËt liÖu phi kim lo¹i; thuû tinh, nhùa. Tèc ®é chuyÓn m¹ch t­¬ng ®èi nhanh, cã thÓ ph¸t hiÖn ®èi t­îng cã kÝch th­íc nhá, ph¹m vi c¶m nhËn lín. H¹n chÕ yÕu cña c¶m biÕn ®iÖn dung lµ chÞu ¶nh h­ëng cña ®é Èm vµ bôi. C¶m biÕn tiÕp cËn ®iÖn dung cã vïng c¶m nhËn lín h¬n vïng c¶m nhËn cña c¶m biÕn tiÕp cËn ®iÖn c¶m. §Ó cã thÓ bï ¶nh h­ëng cña m«i tr­êng vµ ®èi t­îng, c¶m biÕn tiÕp cËn ®iÖn dung th­êng cã mét chiÕt ¸p ®iÒu chØnh. 1.4.3 C¶m biÕn tiÕp cËn quang häc C¸c c¶m biÕn quang häc sö dông nguån s¸ng vµ c¶m biÕn quang. §èi t­îng cÇn ph¸t hiÖn sÏ c¾t chïm tia s¸ng lµm c¶m biÕn t¸c ®éng. Ng­êi ta th­êng bè trÝ c¶m biÕn quang häc nh­ d­íi ®©y. a. C¶m biÕn ®Æt ®èi diÖn víi nguån ph¸t §èi t­îng cÇn ph¸t hiÖn sÏ c¾t chïm tia. ¦u ®iÓm cña c¸ch bè trÝ nµy lµ: - Cù ly c¶m nhËn xa. - Cã kh¶ n¨ng thu ®­îc tÝn hiÖu m¹nh. - Tû sè t­¬ng ph¶n s¸ng/tèi lín nhÊt. - §èi t­îng ph¸t hiÖn cã thÓ lÆp l¹i. H¹n chÕ cña c¸ch bè trÝ nµy lµ: - §ßi hái d©y nèi qua vïng ph¸t hiÖn gi÷a nguån s¸ng vµ c¶m biÕn - Khã chØnh th¼ng hµng gi÷a c¶m biÕn vµ nguån s¸ng. - NÕu ®èi t­îng cã kÝch th­íc nhá h¬n ®­êng kÝnh hiÖu dông cña chïm tia cÇn cã thÊu kÝnh ®Ó thu hÑp chïm tia. C¶m biÕn §èi t­îng b. C¶m biÕn ®Æt cïng phÝa víi nguån ph¸t s¸ng Trong c¸nh bè tris nµy, ¸nh s¸ng ®Ëp vµo mÆt ph¶n x¹ trë vÒ mÆt c¶m biÕn.V× hµnh tr×nh cña tia s¸ng theo c¶ hai chiÒu ®i vµ vÒ nªn cù ly c¶m nhËn thÊp h¬n so víi ph­¬ng ph¸p ®Æt ®èi diÖn, nh­ng kh«ng cÇn d©y nèi qua khu vùc c¶m nhËn. H¹n chÕ chÝnh cña c¸ch bè trÝ nµy lµ nguån s¸ng kh¸c chiÕu vµo mÆt ph¶n x¹ cã thÓ g©y t¸c ®éng sai. C¶m biÕn Nguån s¸ng G­¬ng ph¶n x¹ C¶m biÕn Nguån s¸ng G­¬ng ph¶n x¹ VËt thÓ c. Ph¸t hiÖn ®èi t­îng nhê ¸nh s¸ng ph¶n chiÕu khuÕch t¸n Nguån s¸ng vµ bé c¶m biÕn ®Æt cïng phÝa nh­ng ë ®©y ®èi t­îng ®ãng vai trß g­¬ng ph¶n chiÕu. Trong tr­êng hîp nµy ®èi t­îng ®Æt kh¸ gÇn nguån s¸ng. C¶m biÕn Nguån s¸ng C¶m biÕn Nguån s¸ng VËt thÓ Khi cã vËt thÓ trong vïng ho¹t ®éng, c¶m biÕn sÏ thu ®­îc ¸nh s¸ng ph¶n x¹ tõ vËt thÓ. Víi nh÷ng ®Æc ®iÓm trªn, c¶m biÕn tiÕp cËn chØ ®­îc sö dông ®Ó ph¸t hiÖn vËt thÓ trong ph¹m vi nhá, dÔ bÞ nhiÔu bëi c¸c nguån s¸ng kh¸c. 1.5 C¶m biÕn hång ngo¹i Hång ngo¹i cã b¶n chÊt lµ sãng ®iÖn tõ n»m ngoµi vïng ¸nh s¸ng nh×n thÊy, cã b­íc sãng lín h¬n b­íc s¸ng cña tia ®á (> 760 m). Sãng hång ngo¹i ®­îc t¹o ra dÔ dµng b»ng c¸ch t¹o dao ®éng cho diode ph¸t hång ngo¹i chuyªn dông. Do ®ã hång ngo¹i ®­îc øng dông trong nhiÒu lÜnh vùc. Tia hång ngo¹i víi b¶n chÊt sãng ®iÖn tõ nªn cã thÓ ph¶n x¹ khi gÆp bÒ mÆt vËt thÓ. Ta cã thÓ øng dông ®Æc ®iÓm nµy ®Ó ph¸t hiÖn vËt thÓ. Trong m¹ch ph¸t hiÖn vËt thÓ ho¹t ®éng trªn nguyªn lý thu ph¸t hång ngo¹i ta bè trÝ c¸c diode ph¸t vµ sensor thu hång ngo¹i thµnh tõng cÆp theo mét sè c¸ch sau: a. Bè trÝ c¹nh nhau: Trong c¸ch bè trÝ nµy tia hång ngo¹i tõ diode ph¸t khi gÆp bÒ mÆt vËt c¶n sÏ ph¶n x¹ ng­îc trë l¹i. Do sensor thu ®­îc ®Æt c¹nh diode ph¸t nªn sÏ thu ®­îc tÝn hiÖu ph¶n x¹ nµy. b. Bè trÝ ®èi diÖn : ë c¸ch bè trÝ nµy, khi kh«ng cã vËt ch¾n tia hång ngo¹i tõ diode ph¸t lu«n tíi ®­îc sensor thu, khi cã vËt ch¾n tia hång ngo¹i sÏ kh«ng ®i th¼ng mµ ph¶n x¹ trë l¹i do ®ã kh«ng tíi ®­îc sensor thu. Ngoµi ra hång ngo¹i cßn ®­îc sö dông ®Ó truyÒn tin kh«ng d©y do cã kh¶ n¨ng chèng nhiÔu tèt h¬n ¸nh s¸ng th«ng th­êng do ®ã cã thÓ mang th«ng tin m· hãa. ThiÕt bÞ thu ph¸t hång ngo¹i l¹i kh¸ ®¬n gi¶n, gän nhÑ, gi¸ thµnh rÎ. Víi nh÷ng ­u ®iÓm trªn hång ngo¹i ®­îc lùa chän nh­ mét gi¶i ph¸p tèi ­u trong viÖc thiÕt kÕ m¹ch ph¸t hiÖn vËt thÓ cho cöa tù ®éng. II: giíi thiÖu vÒ encorder 2.1. Kh¸i niÖm: NhiÖm vô cña Encoder lµ ®o l­êng dÞch chuyÓn th¼ng hoÆc gãc ®ång thêi chuyÓn ®æi gãc hoÆc vÞ trÝ th¼ng thµnh tÝn hiÖu nhÞ ph©n vµ nhê tÝn hiÖu nµy cã thÓ x¸c ®Þnh ®­îc vÞ trÝ trôc hoÆc cña mét c¬ cÊu chuyÓn ®éng bÊt k×. TÝn hiÖu ra cña Encoder cho d­íi d¹ng sè. Encoder ®­îc sö dông chñ yÕu trong c¸c m¸y CNC vµ robot dïng lµm phÇn tö chuyÓn ®æi tÝn hiÖu ph¶n håi. H×nh 2.1. Encoder kiÓu quay Tïy thuéc vµo chuyÓn ®éng cña Encoder mµ ta cã hai kiÓu Encoder th¼ng vµ Encoder quay. Nguyªn lý ho¹t ®éng hoµn toµn gièng nhau nh­ng Encoder th¼ng cã ®iÓm kh¸c c¬ b¶n víi Encoder kiÓu quay lµ chiÒu dµi cña Encoder th¼ng ph¶i b»ng tæng chuyÓn ®éng t­¬ng øng cã nghÜa lµ chiÒu dµi cÇn ®o ph¶i b»ng chiÒu dµi th­íc. Encoder quay chØ lµ mét ®Üa nhá vµ kÝch th­íc cña cña Encoder kh«ng phô thuéc vµo kho¶ng c¸ch ®o, do ®ã kÝch th­íc cña nã nhá gän h¬n so víi lo¹i th¼ng. Encoder quay cã thÓ dïng ®Ó ®o c¶ hai th«ng sè dÞch chuyÓn vµ tèc ®é. Trong m¸y c«ng cô ®iÒu khiÓn sè, chuyÓn ®éng cña bµn m¸y ®­îc dÉn ®éng tõ mét ®éng c¬(®éng c¬ b­íc, ®éng c¬ xoay chiÒu hoÆc ®éng c¬ mét chiÒu) qua vÝt me, ®ai èc bi tíi bµn m¸y. Cã thÓ x¸c ®Þnh nhê Encoder l¾p trong côm truyÒn dÉn. 2.2. C¸c lo¹i Encoder: Encoder ®­îc chia lµm hai lo¹i 2.2.1. Encoder tuyÖt ®èi Encoder tuyÖt ®èi kÕt cÊu gåm c¸c phÇn sau: nguån s¸ng, ®Üa m· hãa vµ c¸c phodetetor. §Üa m· hãa ®­îc chÕ t¹o tõ vËt liÖu trong suèt. MÆt ®Üa ®­îc chia thµnh c¸c gãc ®Òu nhau vµ c¸c ®­êng trßn ®ång t©m vµ b¸n kÝnh giíi h¹n c¸c gãc h×nh thµnh c¸c ph©n tè diÖn tÝch. TËp hîp c¸c ph©n tè diÖn tÝch cïng giíi h¹n bëi hai vßng trßn ®ång t©m gäi lµ gi¶i b¨ng. Sè gi¶ b¨ng trªn ®Üa tïy thuéc vµo kh¶ n¨ng c«ng nghÖ. C«ng nghÖ ngµy nay cho phÐp chia ®Üa m· hãa lín nhÊt lµ d¶i. Trªn c¸c d¶i b¨ng, c¸c diÖn tÝch ph©n tè cã ph©n tè ®Ó trong suèt(¸nh s¸ng cã thÓ xuyªn qua ®­îc) vµ còng cã ph©n tè ®­îc phñ mét líp mµ ¸nh s¸ng kh«ng thÓ xuyªn qua ®­îc. Sù trong suèt vµ kh«ng trong suèt ®Æc tr­ng tÝnh cña c¸c ph©n tè H×nh 2.2. §Üa quang Nguyªn lý ho¹t ®éng cña Encoder tuyÖt ®èi: §Üa m· hãa ®­îc l¾p trªn trôc, ®èi diÖn qua ®Üa m· hãa phÝa bªn tr¸i ta bè trÝ nguån s¸ng( ®Ìn LED), phÝa bªn kia cña ®Üa bè trÝ c¸c photosensor, khuÕch ®¹i vµ c¸c trigger Smiths. T­¬ng øng víi mçi d¶i b¨ng ta l¾p nguån s¸ng. Nguån s¸ng vµ c¸c photosensor ®­îc l¾p cè ®Þnh. Khi ¸nh s¸ng tõ nguån s¸ng chiÕu tíi ®Üa m· hãa, nÕu ®èi diÖn víi tia s¸ng lµ diÖn tÝch ph©n tè trong suèt, ¸nh s¸ng xuyªn qua ®Üa tíi photosensor lµm xuÊt hiÖn dßng ch¹y qua photosensor. bÞ phñ líp ch¾n s¸ng, ¸nh s¸ng kh«ng tíi ®­îc photosensor vµ trong photosensor kh«ng cã dßng ®iÖn ch¹y qua. Dßng ra cña photosensor nhá, v× vËy ta ®­a ra bé khuÕch ®¹i, khuÕch ®¹i ®ñ lín ®Ó ®­a ®Õn tÇng tiÕp theo. Do qu¸ tr×nh quay ®Üa m· hãa, c­êng ®é ¸nh s¸ng t¨ng tõ nhá ®Õn cùc ®¹i( tia s¸ng xuyªn qua hoµn toµn) vµ tiÕp theo gi¶m dÇn ®Õn khi tia s¸ng bÞ chÆn bëi dßng trong photosensor b»ng kh«ng. V× vËy ®Ó cã xung ra lµ xung vu«ng ta cho tÝn hiÖu qua m¹ch söa d¹ng xung trigger Smiths. Gäi sè gãc trªn ®Üa lµ S vµ sè d¶i lµ a, quan hÖ gi÷a sè gãc vµ sè gi¶i biÓu diÔn theo c«ng thøc lµ S = 2a Trong ®ã a lµ sè d­¬ng tuyÖt ®èi 2.2.2. Encoder gia sè: Encoder ®­îc sö dông réng r·i trong c«ng nghiÖp. Encorder gia sè cã hai kiÓu kiÓu th¼ng vµ kiÓu quay. Encoder quay gåm cã nguån s¸ng( trong kÕt cÊu nµy nguån s¸ng lµ bãng ®Ìn), thÊu kÝnh, ®Üa th­íc cè ®Þnh ®Üa, ®Üa ph¸t xung, photosensor vµ m¹ch ®iÖn. §Üa ph¸t xung ®­îc lµm b»ng vËt liÖu trong suèt, trªn cã mé hoÆc hai d¶i b¨ng( d¶i b¨ng lµ tËp hîp c¸c v¹ch s¸ng tèi cã chiÒu dÇy gièng nhau). Mét trong hai d¶i b¨ng trªn ®Üa lµm nhiÖm vô ph¸t xung, d¶i b¨ng cßn l¹i ®Ó x¸c ®Þnh gãc kh«ng quy chiÕu. §Üa ph¸t xung ®­îc l¾p trªn trôc vµ chuyÓn ®éng quay cïng trôc. §Üa th­íc( th­íc cè ®Þnh) cã xÎ bèn r·nh trªn cïng mét hµng, r·nh xÎ thø n¨m bè trÝ trªn hµng riªng vµ th­íc ®­îc cã ®Þnh trªn vá cïng phÝa víi photosensor H×nh 2.3: Encoder gia sè kiÓu quay T­¬ng øng víi n¨m r·nh cè ®Þnh l¾p n¨m photosensor, photosensor còng ®­îc l¾p cè ®Þnh víi Encoder. ThÊu kÝnh lµm nhiÖm vô biÕn ®æi ®­êng ®i cña c¸c tia s¸ng thµnh c¸c tia s¸ng song song. Encoder gia sè kiÓu th¼ng: Encoder gia sè kiÓu th¼ng còng cã nh÷ng thµnh phÇn c¬ b¶n nh­ Encoder gia sè kiÓu quay nh­ng chØ kh¸c th­íc ®éng lµ th­íc th¼ng. Nguyªn lý ho¹t ®éng cña nã hoµn toµn gièng Encoder gia sè kiÓu quay. H×nh 2.4: Encoder kiÓu th¼ng. So s¸nh Encoder gia sè vµ Encoder tuyÖt ®èi: Encoder gia sè cã ­u ®iÓm sau: §¬ng gi¶n vµ rÎ tiÒn Kh«ng cÇn m¹ch gi¶i m· vµ kh«ng cÇn bé ®Õm Gi¶i ®o chØ giíi h¹n ®Æc tÝnh cña bé ®Õm Tèc ®é cã thÓ chän ë bÊt k× ®iÓm nµo Nh­îc ®iÓm Kh«ng ®o ®­îc vÞ trÝ tuyÖt ®èi do sù thay ®æi gia sè RÊt nh¹y c¶m víi c¸c tÝn hiÖu bªn ngoµi Ng¾t nguån ®iÖn sÏ lµm mÊt gèc ), muèn ®o ®­îc ph¶i x¸c ®Þnh l¹i Encoder xung: H×nh 2.5: Encoder xung Nguyªn lý lµm viÖc cña Encoder xung Sö dông Encoder xung lµm c¶m biÕn vÞ trÝ: S¬ ®å øng dông Encoder xung giao tiÕp víi ®iÒu khiÓn: ¦u ®iÓm: §Çu ra d¹ng xung nªn trong c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn kh«ng cÇn cã bé chuyÓn ®æi ADC DÔ sö dông. Nh­îc ®iÓm: Gi¸ thµnh cao Ph¶i cã thªm m¹ch gi¶i m· vµ ®Õm III: GIíI THIÖU VÒ PLC Vµ øNG DôNG PLC 2.1.Kh¸i niÖm chung: PCL viÕt t¾t cña Programble Logic Control, lµ thiÕt bÞ lËp tr×nh ®­îc, cho phÐp thùc hiÖn linh ho¹t c¸c phÐp to¸n ®iÒu khiÓn th«ng qua mét ng«n ng÷ lËp tr×nh. Nã ddwocj thiÕt kÕ chuyªn dông trong c«ng nghiÖp ®Ó ®iÒu khiÓn c¸c qu¸ tr×nh tõ ®¬n gi¶n ®Õn phøc t¹p vµ tuú thuéc vµo ng­êi sö dông mµ nã cã thÓ thùc hiÖn hµng lo¹t c¸c ch­¬ng tr×nh. ThiÕt bÞ ®iÒu khiÓn logic kh¶ tr×nh PLC hiÖn nay cã øng dông rÊt réng r·i nã cã thÓ thay thÕ ®ù¬c c¶ mét m¶ng r¬le, h¬n thÕ n÷a PLC gièng nh­ mét m¸y tÝnh nªn cã thÓ lËp tr×nh ®­îc. Ch­¬ng tr×nh cña PLC cã thÓ thay ®æi rÊt dÔ dµng, c¸c ch­¬ng tr×nh con còng cã thÓ söa ®æi nhanh chãng. ThiÕt bÞ ®iÒu khiÓn logic kh¶ tr×nh PLC ®¸p øng ®­îc hÇu hÕt c¸c yªu cÇu vµ nh­ lµ yÕu tè chÝnh trong viÖc n©ng cao h¬n n÷a hiÖu qu¶ s¶n xuÊt trong c«ng nghiÖp. Tr­íc ®©y th× viÖc tù ®éng ho¸ chØ ®­îc ¸p dông trong s¶n xuÊt hµng lo¹t n¨ng xuÊt cao. HiÖn nay cÇn thiÕt ph¶i tù ®éng ho¸ c¶ trong s¶n xuÊt nhiÒu lo¹i kh¸c nhau ®Ó n©ng cao n¨ng suÊt vµ chÊt l­îng. 2.2.Nh÷ng ®Æc ®iÓm chung cña PLC: PLC cã nh÷ng ®Æc ®iÓm sau: ThiÕt bÞ chèng nhiÔu Cã thÓ kÕt nèi thªm c¸c modul ®Ó më réng ngâ vµo/ra Ng«n ng÷ lËp tr×nh dÔ hiÓu DÔ dµng thay ®æi ch­¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn b»ng m¸y lËp tr×nh b»ng m¸y tÝnh c¸ nh©n §é tin cËy cao,kÝch th­íc nhá gän B¶o tr× dÔ dµng 2.3. Vai trß cña PLC Tõ nh÷ng ®Æc ®iÓm cña PLC ta thÊy vai trß cña nã rÊt quan träng trong ngµnh tù ®éng ho¸ nãi riªng vµ ngµnh c«ng nghiÖp nãi chung. Trong mét hÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng, PLC ®­îc xem nh­ lµ mét bé n·o cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn víi mét ch­¬ng tr×nh øng dông ®· ®­îc l­u ë bªn trong bé nhí cña PLC, PLC lu«n kiÓm tra tr¹ng th¸i cña hÖ thèng bao gåm: KiÓm tra tÝn hiÖu ph¶n håi tõ thiÕt bÞ nhËp ®ùa vµo ch­¬ng tr×nh logic ®Ó xö lý tÝn hiÖu vµ mang thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn ra c¸c thiÕt bÞ xuÊt. PCL cã ®Çy ®ñ c¸c chøc n¨ng nh­: Bé ®Õm, bé ®Þnh thêi, c¸c thanh ghi, bé céng, bé trõ, bé so s¸nh...vµ c¸c tËp lÖnh cho phÐp thùc hiÖn c¸c tÝn hiÖu theo yªu cÇu ®iÒu khiÓn tõ ®¬n gi¶n ®Õn phøc t¹p kh¸c nhau. Ho¹t ®éng cña PLC hoµn toµn phô thuéc vµo ch­¬ng tr×nh n»m trong bé nhí, nã lu«n c©p nhËt tÝn hiÖu ngâ vµo xö lý tÝn hiÖu ®Ó ®iÒu khiÓn ngâ ra. H×nh thøc giao diÖn c¬ b¶n gi÷a PLC vµ c¸c thiÕt bÞ nhËp lµ: nót Ên, cÇu dao...Ngoµi ra PLC cßn nhËn ®­îc tÝn hiÖu tõ c¸c thiÕt bÞ nhËn d¹ng tù ®éng nh­: C«ng t¾c tr¹ng th¸i, c¶m biÕn quang ®iÖn ... C¸c lo¹i tÝn hiÖu nhËp ®Õn PLC ph¶i lµ tr¹ng th¸i Logic ON/OFF hoÆc tÝn hiÖu Analog. Nh÷ng tÝn hiÖu ngâ vµo nµy ®­îc giao tiÕp víi PCL qua c¸c Modul nhËp. Trong mét hÖ thèng tù ®éng hãa , thiÕt bÞ xuÊt còng lµ mét yÕu tè rÊt quan träng. NÕu ngâ ra cña PLC kh«ng ®­îc kÕt nèi víi thiÕt bÞ xuÊt th× hÇu nh­ hÖ thèng sÏ bÞ tª liÖt hoµn toµn. C¸c thiÕt bÞ xuÊt th«ng th­êng lµ: §éng c¬, cuén d©y nam ch©m , relay, cßi b¸o...Th«ng qua ho¹t ®éng cña motor, c¸c cuén d©y, PLC cã thÓ ®iÒu khiÓn mét hÖ thèng tõ ®¬n gi¶n ®Õn phøc t¹p. Tuy nhiªn c¸c thiÕt bÞ xuÊt kh¸c nh­ lµ: §Ìn, cßi vµ c¸c b¸o ®éng sù cè chØ cho biÕt c¸c môc ®Ých nh­: B¸o cho chóng ta biÕt giao diÖn tÝn hiÖu ngâ vµo , c¸c thiÕt bÞ ngâ ra ®ùoc giao tiÕp víi PLC qua miÒn réng cña Modul ngâ ra PLC. Ngµy nay PLC ®­îc ®­a vµo hÖ thèng ®iÒu khiÓn mét c¸ch réng r·i vµ trë nªn th«ng dông ®Ó ®¸p øng nhu cÇu ngµy cµng ®a d¹ng . C¸c nhµ s¶n xuÊt ®­a ra thÞ tr­êng hµng lo¹t c¸c lo¹i PLC kh¸c nhau víi nhiÒu møc ®é thùc hiÖn ch­¬ng tr×nh ®ñ ®Ó ®¸p øng nhu cÇu cña ng­êi sö dông. V× vËy ®Ó ®¸nh gi¸ mét PLC ng­êi ta ®­a vµo hai tiªu chuÈn nh­ sau: Dung l­îng bé nhí Sè tiÕp ®iÓm vµo/ra cña PLC Bªn c¹nh ®ã còng cÇn chó ý ®Õn c¸c chøc n¨ng nh­: Bé vi xö lý, chu k× xung clock, ng«n ng÷ lËp tr×nh, kh¶ n¨ng më réng sè ngâ vµo/ra 2.4. CÊu tróc c¬ b¶n: 2.4.1. CPU ChÕ t¹o trªn c«ng nghÖ vi xö lý, nã cã c¸c bé nh­: Bé thuËt to¸n vµ logic (ALU) chÞu tr¸ch nhiÖn xö lý d÷ liÖu thùc hiÖn c¸c phÐp tãan sè häc( céng trõ) vµ c¸c phÐp to¸n logic: AND, OR, NOT... Bé nhí(c¸c thanh ghi). Bªn trong bé vi xö lý ®­îc sö dông ®Ó l­u tr÷ th«ng tin liªn quan ®Õn sù thùc thi ch­¬ng tr×nh. 2.4.2 Memory Trong hÖ thèng PLC cã nhiÒu lo¹i bé nhí: Bé nhí ®Þa chØ(ROM) cung cÊp dung l­îng l­u tr÷ cho hÖ ®iÒu hµnh vµ d÷ liÖu cè ®Þnh ®­îc CPU sö dông. Bé nhí truy cËp ngÉu nhiªn(RAM) dµnh cho d÷ liÖu. §©y lµ n¬i l­u tr÷ th«ng tin theo tr¹ng th¸i cña c¸c thiÕt bÞ nhËp xuÊt. §Æc ®iÓm néi dung cã thÓ ®äc, ghi , xãa, khi mÊt ®iÖn th«ng tin sÏ bÞ mÊt. Bé nhí nöa cè ®Þnh: + EFROM ®­îc dïng phæ biÕn do cã thÓ xãa ®ùoc vµ lËp tr×nh l¹i nhiÒu lÇn. ViÖc xãa vµ lËp tr×nh l¹i cho EFROM ph¶i ®­îc thùc hiÖn trªn c¸c thiÕt bÞ riªng, mçi lÇn lËp tr×nh l¹i ph¶i xãa toµn bé c¸c « nhí cña EFROM. + EEFROM lµ lo¹i cã thÓ xãa vµ ghi b»ng tÝn hiÖu ®iÖn víi c¸c møc ®iÖn ¸p th«ng th­êng, ngßai ra EEFROM cßn cã thÓ xãa tõng « nhí x¸c ®Þnh mµ kh«ng cÇn nhÊc ra khái m¹ch øng dông 2.4.3. Input Sè l­îng Xoay chiÒu, mét chiÒu Sè T­¬ng tù 2.4.4. Out put Sè l­îng TiÕp ®iÓm Sè T­¬ng tù 2.4.5.GhÐp nèi Console M¸y tÝnh PhÇn mÒm 2.4.6.Bus: Bus ®Þa chØ Bus d÷ liÖu Bus hÖ thèng Bus ®iÒu khiÓn IV: Giíi thiÖu vÒ ®éng c¬ mét chiÒu 3.1. CÊu t¹o cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu: 3.1.1. PhÇn tÜnh( phÇn c¶m hay cßn gäi lµ phÇn t¹o ra tõ tr­êng): a. Cùc tõ chÝnh: Cùc tõ chÝnh lµ bé phËn sinh ra tõ tr­êng gåm cã lâi s¾t, cùc tõ vµ d©y cuèn kÝch tõ ngoµi lâi s¾t cùc tõ. Lâi s¾t cùc tõ ®ù¬c lµm b»ng l¸ thÐp kü thuËt ®iÖn hay thÐp cacbon dµy tõ 0.5 ®Õn 1mm Ðp l¹i vµ t¸n chÆt , còng cã thÓ dïng thÐp khèi. Cùc tõ ®­îc d¸n chÆt vµo vá m¸y nhê c¸c bu l«ng. D©y cuèn kÝch tõ ®ù¬c cuèn b»ng d©y ®ång bäc c¸ch ®iÖn vµ mçi cuén d©y ®Òu ®ù¬c bäc thµnh mét khèi vµ tÈm s¬n c¸ch ®iÖn trøoc khi ®Æt lªn c¸c cùc tõ. Cuén kÝch tõ ®Æt lªn c¸c cùc tõ ®ù¬c nèi tiÕp víi nhau. b. Cùc tõ phô: §ù¬c ®Æt xem kÏ víi cùc tõ chÝnh, xung quanh c¸c cùc tõ phô cã d©y quÊn cùc tõ phô. D©y quÊn cùc tõ phô ®Êu nèi tiÕp víi d©y quÊn roto, nhiÖm vô cña cùc tõ phô lµ triÖt tiªu tõ th«ng phÊn øng( tõ trõong do dßng roto sinh ra). Trªn vïng trung tÝnh h×nh häc ®Ó h¹n chÕ xuÊt hiÖn cña tia löa ®iÖn trªn chæi than vµ cæ gãp. Vá m¸y( g«ng tõ): G«ng tõ dïng ®Ó lµm m¹ch tõ nèi tiÕp c¸c cùc tõ, ®ång thêi lµm vá m¸y. Trong ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu nhá vµ võa th­êng dïng thÐp tÊm dµy, uèn vµ hµn l¹i , víi ®éng c¬ lín th­êng dïng thÐp ®óc. 3.1.2. PhÇn quay: a. Lâi s¾t phÇn øng: Lâi s¾t phÇn øng dïng ®Ó dÉn tõ. Th­êng dïng nh÷ng tÊm thÐp kü thuËt ®iÖn( thÐp hîp kim silic) dµy 0.5 mm phñ c¸ch ®iÖn máng ë hai mÆt råi Ðp chÆt l¹i ®Ó gi¶m hao tæn do dßng ®iÖn xo¸y g©y nªn. Trªn l¸ thÐp cã dËp h×nh d¹ng r·nh ®Ó sau khi Ðp l¹i th× ®Æt d©y cuèn vµo. b. D©y cuèn phÇn øng: D©y cuèn phÇn øng lµ phÇn sinh ra suÊt ®iÖn ®éng vµ cã dßng ®iÖn ch¹y qua. D©y cuèn phÇn øng th­êng ®­îc lµm b»ng d©y ®ång cã bäc c¸ch ®iÖn. Trong ®éng c¬ nhá th­êng dïng d©y cã tiÕt diÖn trßn, cßn víi ®éng c¬ võa vµ lín th­êng dïng d©y cã tiÕt diÖn ch÷ nhËt. D©y cuèn ®­îc c¸ch ®iÖn cÈn thËn víi lâi thÐp. Cæ gãp: Cæ gãp (cßn gäi lµ vµnh gãp hay vµnh ®æi chiÒu) dïng ®Ó ®æi chiÒu cña dßng ®iÖn xoay chiÒu thµnh mét chiÒu. 3.2. Ph©n lo¹i ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu Tïy theo c¸ch m¾c m¹ch kÝch tõ so víi m¹ch phÇn øng mµ ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu ®­îc chia ra: §éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp (h×nh 3.1) Khi nguån ®iÖn mét chiÒu cã c«ng suÊt kh«ng ®ñ lín th× m¹ch phÇn øng vµ m¹ch kÝch tõ m¾c vµo hai nguån mét chiÒu ®éc lËp víi nhau, lóc nµy ®éng c¬ ®­îc gäi lµ ®éng c¬ kÝch tõ ®éc lËp. - + U1 IKT KT + - U2 E Iư H×nh 2.6. S¬ ®å nguyªn lý nèi d©y ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp. §éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ song song (h×nh 3.2) - + IKT E Iư H×nh 2.7. S¬ ®å nguyªn lý nèi d©y ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ song song. Khi nguån ®iÖn mét chiÒu cã c«ng suÊt v« cïng lín vµ ®iÖn ¸p kh«ng ®æi th× m¹ch kÝch tõ th­êng m¾c song song víi m¹ch phÇn øng, lóc nµy ®éng c¬ ®­îc gäi lµ ®éng c¬ kÝch tõ song song. §éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ nèi tiÕp (h×nh 3.3) E + - KT§2 I­ H×nh 2.8. S¬ ®å nguyªn lý d©y ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ nèi tiÕp. §Æc ®iÓm cña ®éng c¬ kÝch tõ nèi tiÕp lµ cuén kÝch tõ m¾c nèi tiÕp víi cuén d©y phÇn øng, nªn cuén kÝch tõ cã tiÕt diÖn lín, ®iÖn trë nhá, sè vßng Ýt, chÕ t¹o dÔ dµng. §éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ hçn hîp (h×nh 3.4) E + - KT§2 I­ IKT KT§1 H×nh 2.9. S¬ ®å nguyªn lý nèi d©y ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ hçn hîp. §Æc ®iÓm tõ th«ng cña m¸y lµ tæng hîp c¸c tõ th«ng cña c¸c cuén kÝch tõ song song vµ kÝch tõ nèi tiÕp, do vËy nã tËn dông ®­îc nh÷ng ®Æc tÝnh c¬ b¶n cña hai lo¹i trªn tïy theo c¸ch ®Êu d©y ®Ó sö dông cuén d©y kÝch tõ nµo ®ãng vai trß chñ yÕu. 3.3. Nguyªn lý lµm viÖc cña déng c¬ ®iÖn mét chiÒu Khi ®ãng ®éng c¬ roto quay ®Õn tèc ®é n, ®Æt ®iÖn ¸p U kÝch tõ nµo ®ã lªn d©y quÊn lªn lªn d©y kÝch tõ th× trong d©y quÊn kÝch tõ cã dßng ik vµ do ®ã m¹ch tõ cña m¸y sÏ cã tõ th«ng , tiÕp ®iÓm ®ã ë trong m¹ch phÇn øng th× trong d©y cuèn phÇn øng sÏ cã mét dßng ®iÖn I ch¹y qua. T­¬ng t¸c gi÷a tõ th«ng vµ dßng ®iÖn phÇn øng sinh ra m« men lµm quay ®éng c¬. 3.4. Ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp §Ó thµnh lËp ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ ta xuÊt ph¸t tõ ph­¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p cña ®éng c¬: U­ = E­ + (R­ + Rf)I­ = E­ + RI­ (1) Trong ®ã: U­: ®iÖn ¸p phÇn cøng (V) E­: søc ®iÖn ®éng phÇn øng (V) R­: ®iÖn trë cña m¹ch phÇn øng () I­: dßng ®iÖn m¹ch phÇn øng (A) víi I­ = r­ + fcf + fb + rct r­: ®iÖn trë cuén d©y phÇn øng () fcf: ®iÖn trë cuén d©y phÇn phô () fb: ®iÖn trë cuén d©y phÇn øng () rct: ®iÖn trë tiÕp xóc cña chæi ®iÖn () søc ®iÖn ®éng E­ cña phÇn øng ®éng c¬ ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc E­ = = = Trong ®ã: p - sè ®«i cùc tõ chÝnh N - sè ®«i m¹ch dÉn nhanh song song cña cuén d©y phÇn øng - tõ th«ng kÝch tõ d­íi mét cùc tõ (Wb) - tèc ®é gãc (rad/s) k = - hÖ sè cÊu t¹o ®éng c¬ Tõ ph­¬ng tr×nh (1), ta cã: E­ = U­ - (R­ + Rf)I­ Chia c¶ hai vÕ cho ta ®­îc: hay (2) : ®Æc tÝnh ®éng c¬ ®iÖn MÆt kh¸c m« men ®iÖn tõ cña c¬ ®iÖn ®­îc x¸c ®Þnh bëi: suy ra ThÕ vµo (2) ta ®­îc , ®Æc tÝnh c¬ theo m« men. NÕu bá qua tæn thÊt c¬ vµ tæn thÊt thÐp th× m« men trôc ®iÖn c¬ b»ng m« men ®iÖn tõ, ta kÝ hiÖu lµ M, nghÜa lµ: M®t = Mc¬ = M ð (3) Gi¶ thiÕt ph¶n øng phÇn øng ®­îc bï ®ñ, tõ th«ng = const th× ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ ®iÖn (2) vµ ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ lµ tuyÕn tÝnh ®å thÞ cña chóng ®­îc thÓ hiÖn nh­ sau: 0 I®m Inm ω®m ω0 ω I 0 M®m Mnm ω®m ω0 ω M H×nh 2,10.a §Æc tÝnh c¬ ®iÖn cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu H×nh 2.10.b §Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp Theo c¸c ®å thÞ trªn khi I­ = 0 hoÆc M = 0 ta cã: : ®­îc gäi lµ tèc ®é kh«ng t¶i lý t­ëng cña ®éng c¬. khi = 0 ta cã: Imn, Mnm, ®­îc gäi lµ dßng ®iÖn ng¾n m¹ch vµ m« men ng¾n m¹ch. NhËn xÐt: NÕu cho U, R­ + Rf, lµ h»ng sè th× ph­¬ng tr×nh (3) sÏ lµ ph­¬ng tr×nh bËc nhÊt: : gäi lµ ®é sôt tèc ®é ∆ω ω ω0 0 M H×nh 2.11. §é sôt tèc ®é 3.5. ¶nh h­ëng cña c¸c tham sè ®Õn ®Æc tÝnh c¬ Tõ ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬: Ta thÊy cã ba tham sè ¶nh h­ëng ®Õn ®Æc tÝnh c¬ ®ã lµ: tõ th«ng ®éng c¬ ®iÖn ¸p phÇn cøng U­ vµ ®iÖn trë phÇn cøng ®éng c¬. Ta lÇn l­ît xÐt ¶nh h­ëng cña tõ tham sè. 3.5.1. ¶nh h­ëng cña ®iÖn trë phÇn øng Gi¶ thiÕt U­ = U®m vµ = = const Muèn thay ®æi ®iÖn trë m¹ch phÇn øng ta nèi thªm ®iÖn trë phô Rf vµo m¹ch phÇn øng ω ω0 0 M Mc Rf1 Rf2 Rf3 Rf4 H×nh 2.12. Hä ®Æc tÝnh c¬ nh©n t¹o cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp khi t¨ng ®iÖn trë trong m¹ch phÇn øng. Tèc ®é kh«ng t¶i lý t­ëng: §é cøng cña ®Æc tÝnh c¬: Khi Rf cµng lín, cµng nhá nghÜa lµ ®Æc tÝnh c¬ cµng dèc. + Rf = 0 ta cã ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn: ta cã gi¸ trÞ lín nhÊt nªn ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn cã ®é cøng h¬n tÊt c¶ c¸c ®­êng ®Æc tÝnh cã ®iÖn trë. + Rf kh¸c kh«ng cµng lín th× cµng nhá dÇn tíi ®Æc tÝnh c¬ cµng dèc Nh­ vËy khi thay ®æi ®iÖn trë phô ta ®­îc mét hä ®Æc tÝnh c¬ nh­ h×nh 3.6, øng víi mét t¶i phô Mc nµo ®ã, nÕu Rf cµng lín th× tèc ®é cµng gi¶m, ®ång thêi dßng ®iÖn ng¾n m¹ch vµ m«men ng¾n m¹ch còng gi¶m. Cho nªn ng­êi ta th­êng sö dông ph­¬ng ph¸p nµy ®Ó h¹n chÕ dßng ®iÖn vµ ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ phÝa d­íi tèc ®é c¬ b¶n. §Æc ®iÓm: + Tèc ®é n b»ng ph¼ng + Ph¹m vi ®iÒu chØnh tèc ®é + Vïng ®iÒu chØnh tèc ®é n®c < n®m + ViÖc ®iÒu chØnh tèc ®é thùc hiÖn trong m¹ch phÇn øng cã dßng ®iÖn lín, tæn hao v« Ých nhiÒu, hÖ sè ®éng c¬ gi¶m. 3.5.2. ¶nh h­ëng cña ®iÖn ¸p phÇn øng Gi¶ thiÕt tõ th«ng = = const, ®iÖn ¸p phÇn øng R­ = const trong thùc tÕ th­êng gi¶m ®iÖn ¸p theo h­íng gi¶m so víi U®m, ta cã: §é cøng ®Æc tÝnh c¬: Ta thÊy tèc ®é thay ®æi theo sù thay ®æi cña ®iÖn ¸p phÇn øng khi ®iÖn ¸p phÇn øng gi¶m xuèng th× tèc ®é còng gi¶m xuèng. §é cøng ®Æc tÝnh c¬: Nh­ vËy khi thay ®æi ®iÖn ¸p ®Æt vµo phÇn øng ®éng c¬ ta ®­îc mét hä ®Æc tÝnh c¬ song song víi ®­êng ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn nh­ h×nh 3.7. NhËn thÊy r»ng khi thay ®æi ®iÖn ¸p, thùc chÊt lµ gi¶m ¸p th× m«men ng¾n m¹ch, dßng ®iÖn ng¾n m¹ch cña ®éng c¬ gi¶m vµ tèc ®é cña ®éng c¬ còng gi¶m øng víi mét phô t¶i nhÊt ®Þnh. V× vËy ph­¬ng ph¸p nµy còng ®­îc sö dông ®Ó ®iÒu ch×nh tèc ®é ®éng c¬ vµ h¹n chÕ dßng ®iÖn khi khëi ®éng. §Æc ®iÓm: Tèc ®é ®iÒu chØnh b»ng ph¼ng. Ph¹m vi ®iÒu chØnh réng. Vïng ®iÒu chØnh tèc ®é n®c < n®m §Ó thùc hiÖn ph­¬ng ph¸p nµy ta cÇn ph¶i cã nguån ®iÖn ¸p thay ®æi ®­îc (bé biÕn ®æi ®iÖn ¸p b»ng ®iÖn tö c«ng suÊt). ω04 ω03 ω02 ω01 ω 0 U3 U2 U1 U®m(TN) M(I) H×nh 2.13. Hä ®Æc tÝnh c¬ nh©n t¹o cña ®éng c¬ ®iÖn 1 chiÒu kÝch tõ ®éc lËp khi gi¶m ®iÖn ¸p phÇn øng 3.5.3. ¶nh h­ëng cña tõ th«ng Gi¶ thiÕt ®iÖn ¸p phÇn øng U­ = U®m = const, ®iÖn trë phÇn øng R­ = const. Muèn thay ®æi tõ th«ng ta thay ®æi dßng ®iÖn kÝch tõ Ikt ®éng c¬. Trong tr­êng hîp nµy: - Tèc ®é kh«ng t¶i: §é cøng cña ®Æc tÝnh c¬: Do cÊu t¹o cña ®éng c¬ ®iÖn, thùc tÕ th­êng ®iÒu chØnh gi¶m tõ th«ng. Nªn khi tõ th«ng gi¶m th× t¨ng, cßn sÏ gi¶m. Ta cã mét hä ®Æc tÝnh c¬ víi t¨ng dÇn vµ ®é cøng ®Æc tÝnh gi¶m dÇn khi gi¶m tõ th«ng. Mnm Φ2 Φ1 Φ®m ω0 ω01 ω02 ω Φ2 Φ1 Φ®m ,TN ,TN Inm I a) ω0 ω01 ω02 ω Mnm1 Mnm2 MC b) 0 0 M H×nh 2.14. §Æc tÝnh c¬ (a) vµ ®Æc tÝnh ®iÖn (b) cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp khi gi¶m tõ th«ng. Ta nhËn thÊy r»ng khi thay ®æi tõ th«ng: Dßng ®iÖn ng¾n m¹ch: M«men ng¾n m¹ch: C¸c ®Æc tÝnh c¬ ®iÖn vµ ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ khi gi¶m tõ th«ng ®­îc biÓu diÔn h×nh (3.8a). Víi d¹ng m«men phô t¶i Mc thÝch hîp víi chÕ ®é lµm viÖc cña ®éng c¬ th× gi¶m tõ th«ng tèc ®é ®éng c¬ t¨ng lªn (h×nh 3.8b). §Æc ®iÓm: Tèc ®é b»ng ph¼ng. Ph¹m vi réng Vïng ®iÒu chØnh n®m < n®c Víi ®iÒu chØnh tèc ®é tæn hao Ýt, thùc hiÖn trong m¸y kÝch tõ th× dßng ®iÖn nhá, hiÖu suÊt cao. 3.6. §iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ mét chiÒu VÒ ph­¬ng diÖn ®iÒu chØnh tèc ®é, ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu cã nhiÒu ­u viÖt h¬n so víi lo¹i ®éng c¬ kh¸c, kh«ng nh÷ng cã kh¶ n¨ng ®iÒu chØnh tèc ®é dÔ dµng mµ cÊu tróc m¹nh lùc, m¹ch ®iÒu khiÓn ®¬n gi¶n h¬n ®ång thêi l¹i ®Æt chÊt l­îng ®iÒu chØnh cao trong d¶i ®iÒu chØnh tèc ®é réng. Thùc tÕ cã hai ph­¬ng ph¸p c¬ b¶n ®Ó ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu. §iÒu chØnh ®iÖn ¸p cÊp cho phÇn øng ®éng c¬. §iÒu chØnh ®iÖn ¸p cÊp cho cuén kÝch ®éng c¬ CÊu tróc phÇn lùc cña hÖ truyÒn ®éng ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu bao giê còng cÇn cã bé biÕn ®æi. C¸c bé biÕn ®æi nµy cÊp cho m¹ch phÇn øng ®éng c¬ hoÆc m¹ch kÝch tõ ®éng c¬. Cho ®Õn nay trong c«ng nghiÖp sö dông bé biÕn ®æi chÝnh: Bé biÕn ®æi m¸y ®iÖn gåm: ®éng c¬ s¬ cÊp kÐo mµy ph¸t mét chiÒu hoÆc m¸y ®iÖn khuÕch ®¹i (K§M) Bé biÕn ®æi chØnh l­u b¸n dÉn: chØnh l­u TIRISTOR (CLT) Bé biÕn ®æi xung ¸p mét chiÒu: TIRISTOR hoÆc TRANZITOR (BB§X) T­¬ng øng víi viÖc sö dông c¸c bé biÕn ®æi mµ ta cã c¸c hÖ truyÒn ®éng nh­:- HÖ truyÒn ®éng m¸y ph¸t-®éng c¬ (F-§) HÖ truyÒn ®éng m¸y ®iÖn khuÕch ®¹i - ®éng c¬ (M§K§ - §) HÖ truyÒn ®éng khuÕch ®¹i tõ - ®éng c¬ (T - §) HÖ truyÒn ®éng chØnh l­u TIRISTOR - ®éng c¬ (K§T - §) HÖ truyÒn ®éng xung ¸p - ®éng c¬ (XA - §) Theo cÊu tróc m¹ch ®iÒu khiÓn c¸c hÖ truyÒn ®éng, ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ mét chiÒu cã lo¹i ®iÒu khiÓn theo m¹ch kÝn (ta cã hÖ truyÒn ®éng ®iÒu chØnh tù ®éng) vµ lo¹i ®iÒu khiÓn m¹ch hë (hÖ truyÒn ®éng ®iÒu khiÓn “hë”). HÖ ®iÒu chØnh tù ®éng truyÒn ®éng c¬ ®iÖn cã cÊu tróc phøc t¹p. Nh­ng cã chÊt l­îng ®iÒu chØnh cao vµ gi¶i ®iÒu chØnh réng h¬n so víi hÖ truyÒn ®éng “hë”. Ngoµi ra c¸c hÖ truyÒn ®éng ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu cßn ®­îc ph©n lo¹i theo truyÒn ®éng cã ®¶o chiÒu quay vµ kh«ng ®¶o chiÒu quay. §ång thêi tïy thuéc vµo c¸c ph­¬ng ph¸p h·m, ®¶o chiÒu mµ ta cã truyÒn ®éng lµm viÖc ë mét gãc phÇn t­, hai gãc phÇn t­ vµ bèn gãc phÇn t­. PhÇn ii Ch­¬ng i: ThiÕt kÕ tÝnh to¸n vµ lùa chän c¸c phÇn tö cho m« h×nh Dùa vµo c¸c yªu cÇu c«ng nghÖ vµ d­íi sù h­íng dÉn cña thÇy L­u §øc Dòng vµ c¸c c¸n bé t¹i trung t©m thùc hµnh chóng em ®· chän ra ph­¬ng ¸n chÕ t¹o m« h×nh cöa tù ®éng. Trong truyÒn ®éng sÏ dïng ®éng c¬ mét chiÒu kÝch tõ b»ng nam ch©m vÜnh cöu. §Ó ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ dïng ph­¬ng ph¸p thay ®æi ®iÖn ¸p phÇn øng. Dïng Encoder ®Ó ®o hµnh tr×nh cña cöa. Dïng PLC ®Ó ®iÒu khiÓn ho¹t ®éng cña cöa. Dïng c¶m biÕn hång ngo¹i Tõ nh÷ng tiªu chÝ trªn chóng em ®· tÝnh tãan vµ lùa chän th«ng sè cña c¸c phÇn tö chÝnh dïng ®Ó chÕ t¹o m« h×nh nh­ sau: C¸c phÇn tö c¬ : Khung: H×nh 1.1. Khung m« h×nh cña tù ®éng Khung cöa sÏ ®­îc chÕ t¹o hßan tßan b»ng s¾t hép vu«ng kÝch th­íc c¹nh lµ 1cm vµ chiÒu dµy cña s¾t lµ 1mm Víi kÝch th­íc cña khung nh­ vËy chóng em ®· lùa chän phÇn tö chuyÓn ®éng cña cöa lµ dïng con l¨n s¾t ch¹y trªn ®­êng ray b»ng gç nh»m ®¶m b¶o cho c¸nh cöa chuyÓn ®éng ªm vµ ch¾c ch¾n. Con l¨n: Con l¨n b»ng s¾t ®­îc dïng lµ lo¹i cã s½n t¹i x­ëng chÕ t¹o vµ l¾p r¸p n¬i chóng em thùc hiÖn ®å ¸n tèt nghiÖp nµy. H×nh d¹ng vµ kÝch thø¬c cña con l¨n nh­ sau: H×nh 1.2. Con l¨n §­êng ray: §­êng ray ®­îc chÕ t¹o b»ng gç cã h×nh d¸ng vµ kÝch th­íc nh­ sau: H×nh 1.3. §­êng ray ChiÒu dµi cña c¶ ®õong ray lµ 1200mm Pu li: Pu li ®­îc lµm b»ng nhùa vµ víi h×nh d¹ng vµ kÝch th­íc: H×nh 1.4. Pu li a) Pu li g¾n phÝa bªn trôc ®éng c¬ b) Pu li g¾n bªn cßn l¹i C¸nh cöa: Hinfh1.5.C¸nh cöa C¸c phÇn tö ®iÖn: 2.1. §éng c¬: Trong m« h×nh nµy ®éng c¬ truyÒn ®éng chØ cÇn lo¹i ®éng c¬ c«ng suÊt nhá tõ 20W ®Õn 40W. Víi yªu cÇu nh­ vËy chóng em ®· t×m mua trªn thÞ tr­êng ®éng c¬ dïng trong ®å ¸n nµy víi th«ng sè: §iÖn ¸p lµm viÖc : 24 V C«ng suÊt : 30W H×nh 2.1. §éng c¬ sö dông trong m« h×nh 2.2. Encoder: Encoder lµ lo¹i Encoder gia sè xung víi ®iÖn ¸p lµm viÖc lµ 5V H×nh 2.2. Encoder sö dông trong m« h×nh 2.3. C¶m biÕn: Lùa chän c¶m biÕn hång ngo¹i. 2.3.1 Diode ph¸t hång ngo¹i H×nh 2.3. CÊu t¹o vµ kÝch thø¬c cña Diode ph¸t hång ngo¹i - Diode ph¸t hång ngo¹i ®­îc sö dông lµ lo¹i Diode cã 940nm. Gãc ph¸t giíi h¹n trung b×nh lµ . - C«ng suÊt tiªu t¸n lµ 200mW. §iÖn ¸p lµm viÖc lµ 5V, dßng lµm viÖc cho phÐp lµ 100mA. C«ng suÊt ph¸t tiªu hao trªn nhiÖt ®é lµ 2.67mW/ ë 25 . 2.3.2. Sensor thu hång ngo¹i Sensor thu sö dông lµ lo¹i sensor PNA4602M ho¹t ®éng ë tÇn sè sãng mang 38Khz. H×nh d¹ng cña sensor nh­ h×nh vÏ. H×nh 2.4. CÊu t¹o vµ kÝch th­íc cña sensor thu hång ngo¹i Nguyªn lý ho¹t ®éng cña sensor: Khi kh«ng cã hång ngo¹i ®iÖn ¸p ra Vo =Vcc = +5V Khi cã hång ngo¹i ®iÖn ¸p ra Vo=Vcc-0.7V 2.4. PLC: PLC sö dông trong m« h×nh lµ lo¹i S7 – 200 CPU 222. H×nh 2.5. PLC S7- 200 CPU 222 CÊu tróc cña PLC nµy bao gåm mét CPU vµ c¸c module më réng cho nhiÒu øng dông kh¸c nhau. §Æc ®iÓm vµ th«ng sè cña PLC KÝch th­íc(mm) 90x80x62 Bé nhí ch­¬ng tr×nh 2048words Bé nhí d÷ liÖu 1024words Cæng logic vµo 8 Cæng logic ra 6 Module më réng 2 Digital I/O cùc ®¹i 128/128 Analog I/O cùc ®¹i 16In/16Out Bé ®Õm(Counter) 256 Bé ®Þnh thêi(Timer) 256 Tèc ®é thùc thi lÖnh 0.37micro gi©y Kh¶ n¨ng l­u tr÷ khi mÊt ®iÖn 50 giê 2.5. M¸y biÕn ¸p: M¸y biÕn ¸p cÇn cung cÊp ®ñ c¸c nguån nh­ sau: §éng c¬: cÇn 3 møc ®iÖn ¸p 4V,6V vµ 9V mét chiÒu vµ cã läc-> nguån tõ biÕn ¸p lµ 3.5V, 5.0V vµ 7.5V PLC cÇn 12V vµ 24V mét chiÒu cã läc -> Nguån tõ biÕn ¸p 9.5V vµ 19V Bãng ®Ìn lo¹i 24 V -> cÊp 20 V Encoder 5V mét chiÒu cã läc vµ æn ¸p -> Nguån tõ biÕn ¸p 5.5V Vi xö lý 5V mét chiÒu cã läc vµ æn ¸p-> Nguån tõ biÕn ¸p 5.5V 220V 3.5 V 5.0 V 7.5 V 24 V 9.5 V 20 V 5.5 V 5.5 V H×nh 2.6. S¬ ®å nguyªn lý m¸y biÕn ¸p TÝnh chän m¸y biÕn ¸p: Chän lâi biÕn ¸p h×nh ch÷ E: H×nh 2.7. Lâi biÕn ¸p a = 4cm, b = 5.5cm, l= 2.3cm, h= 5.8cm HÖ sè quÊn d©y s= a.b = 4 x 5.5 = N0 = = 2,27 -> lÊy = 2.3(vßng/vol) 14. Sè vßng d©y Cuén s¬ cÊp W1 = N0.U1max = 2.3 x 220 = 5.06(vßng) Cuén thø cÊp W2 = N0.U2max (vßng) 3.5V -> 8 vßng 5V -> 11 vßng 5.5V -> 13 vßng 7.5V -> 17 vßng 9.5 V -> 22 vßng 20V -> 46 vßng 20V -> 46 vßng Iii. C¸c s¬ ®å vµ ch­¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn 3.1. L­u ®å ch­¬ng tr×nh : 3.2. Gi¶n ®å thang: 3.3. S¬ ®å m¹ch lùc ®éng c¬: Ch­¬ng II: chÕ t¹o vµ l¾p r¸p 2.1 Khung: Theo ®óng thiÕt kÕ nh­ phÇn trªn khung cöa ®­îc gia c«ng H×nh: 2.8. Khung cöa sau khi gia c«ng vµ èp gç. Sau khi khung cöa ®­îc chÕ t¹o th× èp gç phÇn mÆt d­íi vµ xung quanh phÇn ®Õ nh­ h×nh trªn. 2.2. Pu li H×nh 2.9. Pu li sau khi ®ù¬c chÕ t¹o vµ g¸ l¾p lªn khung cöa 2.3.C¸nh cöa: a) b) H×nh 2.10. a) C¸nh cöa sau khi ®­îc chÕ t¹o l¾p r¸p b) G¸p l¾p kÝnh lªn c¬ cÊu chuyÓn ®éng 2.4. M¸y biÕn ¸p: - Khung quÊn d©y lâi biÕn ¸p. Khung lâi biÕn ¸p ®ù¬c lµm b»ng phÝp thñy tinh vµ c¾t theo h×nh sau: H×nh 2.10. MiÕng ghÐp t¹o khu«n lâi biÕn ¸p QuÊn d©y: Cè ®Þnh khu«n võa ®­îc chÕ t¹o vµo tay quÊn d©y sau ®ã dïng vam cè ®Þnh tay quÊn d©y vµo bµn ®Ó tiÖn cho viÖc quÊn ®©y. Trøíc khi quÊn d©y sö dông giÊy c¸ch ®iÖn bäc mét líp xung quanh khu«n nh»m ®¶m b¶o ®é an tßan vÒ c¸ch ®iÖn. Bäc èng ghen cho mçi ®Çu d©y ra mét ®o¹n 20cm vµ quÊn ®ñ sè vßng d©y nh­ tÝnh to¸n. HÕt mçi líp d©y ta l¹i bäc c¸ch ®iÖn ®Ó c¸ch li c¸c líp d©y víi nhau tr¸nh trõong hîp v× mét lý do nµo ®ã ®©y cã thÓ bÞ mÊt líp c¸ch ®iÖn g©y ch¹m, chËp ch¸y m¸y biÕn ¸p. C¸c dÇu d©y ®­a ra ®ù¬c dïng d©y gai cè ®Þnh ®Ó ®¶m b¶o ®é ch¾c ch¾n tr¸nh viÖc c¸c cuén d©y bÞ láng lµm c¸c cuén d©y kh«ng ch¾c ch¾n. L¾p r¸p: Th¸o lâi s¾t ra sau ®ã l¾p lÇn l­ît 5 l¸ thÐp mét vµo víi nhau. Khi ®· xong th× cè ®Þnh l¹i b»ng vÝt vµ nÑp s¾t. Khi vÆn vÝt chó ý siÕt chÆt vµ ®Òu ®¶m b¶o lâi ®­îc Ðp chÆt t¹o sù ch¾c ch¾n ®Ó biÕn ¸p kh«ng bÞ kªu khi ho¹t ®éng. §Êu ®Çu ra: Sö dông cÇu ®Êu b¾t cè ®Þnh vµo miÕng mi ca giÇy vµ ®Êu c¸c ®Çu d©y ra tõ ®ã ®­a ®Õn chØnh l­u , läc, æn ¸p vµ cÊp nguån cho nh÷ng thiÕt bÞ ho¹t ®éng. H×nh 2.11. M¸y biÕn ¸p sau khi hoµn thµnh. 2.5. §¸u nèi r¬ le m¹ch lùc: H×nh 2.11. §Êu nèi role 2.6. G¸ l¾p ®éng c¬, Encoder vµ Puli H×nh 2.12. G¸ l¾p ®éng c¬, Encoder vµ Puli