🔙 Quay lại trang tải sách pdf ebook Giáo trình cơ điện tử
Ebooks
Nhóm Zalo
B ộ XÂY DỤNG
GIÁO TRÌNH
Cơ ĐIỆN TỬ
NHÀ XUẤT BẢN XÂY DựNG
HÀ NỘI-2013
LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay, hệ thống Cơ điện từ được tích hợp mãnh m ẽ và chiếm phần lớn trong các khu công nghiệp, x í nghiệp. Thực tế đòi hỏi các trường đại học, cao đang cung cấp một nguồn lực nhân sự lớn các cóng nhân, kỹ sư có thế điểu khiến và vận hành hệ thống cơ điện từ thành thạo. Dựa trên yêu cầu bức thiết đó một số trường đại học, cao đẳng xây dựng chương trình đào tạo ngành Cơ điện tử phục vụ nhu cầu xã hội.
X uất phát từ thực tế đó, chúng tôi mạnh dạn biên soạn cuốn tài liệu “Giáo trình Cơ điện tử ” dành cho hệ cao đăng nghề nhằm giúp cho các em học sinh, sinh viên tiêp cận, tìm hiểu về hệ Cơ điện tù một cách nhanh nhắt. Tài liệu tập trung giới thiệu những kiến thức cơ bàn nhát vế hệ thống Cơ điện lừ cùng với các bài tập thực hành. Đê tìm hiếu sâu thêm các học viên phái đọc các tài liệu lí thuyết khác.
Tài liệu cũng có thế dùng làm sách tham khào cho các giáo viên dạy nghề điện, các sinh viên không chuyên ngành điện nhưng có liên quan đến chuyên ngành tự động hoá. Do bộ tài liệu để cập đến nhiều vấn đề mới, viết cho nhiều đói tượng ở các trình độ khác nhau nên không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được ý kiến đóng góp quỷ báu cùa các bạn đọc đê lẩn tái bàn sau được hoàn thiện hơn.
Tác giả
3
PHÀN I
TỔNG Q U A N HỆ THỐNG c ơ Đ IỆ N TỬ
Chương 1
C ơ ĐIỆN TỬ VÀ HỆ THỐNG c ơ ĐIỆN TỬ
I. c ơ ĐIỆN TỬ VÀ HỆ THỐNG c ơ ĐIỆN TỬ
1.1. Mechantronic là gì?
Cơ điện tử là một hệ thống cơ cấu máy có thiết bị điều khiển đã được lập trình và có khả năng hoạt động một cách linh hoạt, ứ n g dụng trong sinh hoạt, trong công nghiệp , trong lĩnh vực nghiên cứu như: máy lạnh, tù lạnh, máy giặt, máy chụp hình, môđun sàn xuất linh hoạt, tự động hóa quá trinh sản xuất hoặc cả các thiết bị hỗ trợ nghiên cứu như các thiết bị đo, các hệ thống kiểm tra...
Một số nhà khoa học đã định nghĩa cơ điện tử như:
Khái niệm cùa cơ điện từ được mờ ra từ định nghĩa ban đầu của công ty Yasakavva Electric: “Thuật ngữ Mechantronic (Cơ điện từ) được tạo bời (Mecha) trong Mechanism (Trong cơ cấu) và tronics trong electronics (Điện tử). Nói cách khác, các công nghệ và sàn phẩm ngày càng phát triển sẽ ngày càng kết hợp chặt chẽ và hữu cơ thành phần điện từ vào trong cơ cấu và rất khó có thể chỉ ra ranh giới giữa chúng.
Một định nghĩa khác về cơ điện từ thường hay nói tới do Harashima, Tomizukava và Fuduka đưa ra năm 1996: “Cơ điện tử là sự tích hợp chặt chẽ cùa kỹ thuật cơ khí với điện từ và điều khiển máy tính thông minh trong thiết kế chế tạo các sản phẩm và quy trình công nghiệp.”
Cùng năm đó Ausländer và K em pf cũng đưa ra một số định nghĩa khác như sau: “ Cơ điện tử là sự áp dụng tổng hợp các quyết định tạo nên hoạt động cùa các hệ vật lý.”
Năm 1997, Shetty lại quan niệm: “ Cơ điện tử là phương pháp luận được dùng để thiết kể tối ưu hóa các sàn phấm cơ điện.”
Và gần đây, Bolton đề xuất định nghĩa: “ Một hệ cơ điện từ không chỉ là sự kết hợp chặt chẽ các hệ cơ khí điện và nó cũng không chi đơn thuần là một hệ điều khiển nó là sự tích hợp đầy đủ cùa tất cả các hệ trên.”
5
Tất cá những định nghĩa và phát biểu trên về Cơ điện tử đều xác đáng và giàu thông tin, tuy nhiên bản thân chúng, nếu đứng riêng rẽ lại không định nghĩa được đây đu đinh nghĩa cơ điện tử.”
Hình 1.1: Cơ điện từ Hên kết giữa robot và tin học
Hình 1.2: Robot tự động làm việc trong phòng thí nghiệm
Hệ thống cơ điện từ là một lĩnh vực đa ngành cùa khoa học kỹ thuật hình thành từ các ngành kinh điển như: Cơ khí, kỹ thuật điện - điện từ và khoa học tính toán tin học. Trong đó tồng hợp hệ thống các môn học như truyền động điện, truyền động cơ thủy - khí đo lường càm biên, Kỹ thuật vi xừ lý, lặp ừình PLC, kết hợp với cơ khí chế tạo máy khoa học tính toán tin học và kỹ thuật điện - điện tử, mạng truyền thông công nghiệp...
6
Hình 1.3: Cơ điện từ
Khảo sát thực tiễn mối quan hệ giữa dạy và học, học và ứng dụng ngành cơ điện tử trong công nghiệp nhu sau:
Hình 1.4: Định hướng đào tạo ngành Cơ điện từ
1.2. Hệ thống C tf điện tử là gì ?
Cũng giống như cơ điện từ, có khá nhiều khái niệm khác nhau về hệ thống cơ điện từ. Chúng ta hãy khào sát một số quan điểm sau của Bradley, Okyay Kaynak Bolton Shetty.
7
Sự thành công cùa ngành công nghiệp trong sàn xuất và bán hàng trên thị truờng thê giới phụ thuộc rất nhiều vào khả năng kết hợp cùa điện - điện từ và công nghệ tin học vào trong các sản phẩm cơ khí và các phương thức sản xuất cơ khí. Đặc tính làm việc của nhiều sàn phâm hiện tại như: ôtô, máy giặt... cũng như việc sàn xuât chúng phụ thuộc rất nhiều khả năng cùa ngành công nghiệp về ứng dụng những kỹ thuật mới vào sản xuất. Ranh giới giữa điện và điện từ, máy tính và cơ khi đã dần dân bị thay thê bới sự kết hợp giữa chúng. Sự kết hợp này đang tiến tới hệ thống mới đó là: Hệ thống cơ điện từ.
Trên thực tế hệ thống cơ điện tử không có một định nghĩa rõ ràng. Nó được tách biệt hoàn toàn ờ các phần riêng biệt nhung được kết hợp trong quá trinh thực hiện. Sự kết hợp này được trinh bày ờ hình 1.5, bao gồm các phần riêng biệt điện - điện tử, cơ khí và máy tính liên kết chúng lại trong các lĩnh vực giáo dục và đào tạo, công việc thực tế, các ngành công nghiệp sàn xuất thị trường.
Cơ khí
Hình 1.5. Sự liên kết cùa các thành phần trong hệ thắng cơ điện tử theo Bradley • Quan điêm của Okyay Kaynak:
Theo qua điểm cùa Okyay Kaynak, giáo sư Thổ Nhĩ Kỳ định nghĩa về Hệ thống cơ Điện từ như sau:
Mechantronics system
■f-— ► Cognition \
Conừolling
< o < o < o
Process monitoring VisuaHration
Perception Executtion system
.lit 111
Sensor actuators Controller system
Mechanical process)
Hình 1.6. cáu trúc hệ thống cơ điện từ theo Okyay Kaynak
• Quan điểm của Bolton:
Theo Bolton thì cơ điện tử là một thuật ngữ của hệ thống. Một hệ thống có thề được xem như một cái hộp đen mà chúng có một đầu vào và một đầu ra. Nó là một cái hộp đen vì chúng gồm những phần từ chứa đựng bên trong hộp, để thực hiện chức năng liên hệ giữa đầu vào và đầu ra.
Ví dụ: môtơ điện có đầu vào là nguồn điện và đầu ra là sự quay cùa một trục động cơ.
Hình 1.7. Cấu trúc hệ thống cơ điện từ theo Bolton
1.3. Cấu trúc hệ thống CO' điện tử
Các phần tử cơ bản cấu thành nên hệ thống cơ điện tử:
+ Hệ thống thông tin
+ Hệ thống điện
+ Hệ thống cơ khí
+ Hệ thống máy tính
+ Cảm biến
+ Cơ cấu tác động
+ Giao tiếp thời gian thực
Hình 1.8. Các thành phần cơ bàn cùa Hệ thống cơ điện từ
9
Giải pháp modun, thiết kế sàn phấm cơ điện từ:
Giải pháp cơ điện tử trong thiết kế kỹ thuật liên quan đến việc cung cấp một cấu trúc trong đó có sự tích hợp thành một hệ thống thống nhất cùa công nghệ khác nhau được thiết lập và đánh giá. Sơ đồ khối về hệ thống toàn bộ như vậy trên cơ sờ các khối xây dựng hoặc các modun thành phần được thể hiện trong hình 1.9.
Hình 1.9. Sàn phấm cơ điện từ theo môđun
H. HỆ THỐNG C ơ ĐIỆN TỬ ĐƯỢC s ử DỤNG HIỆN NAY
2.1. Phân Loại theo lĩnh vực sử dụng
2.1.1. Trong y học
Các loại thiêt bị căt lớp, các thỉêt bị thí nghiệm về AND, nhân bản phôi các máy chiếu các loại tia chụp: X, lase, coban...
2.1.2. Trong công nghiệp
Các loại máy công nghiệp tự động được điều khiền theo chương trình FMS (hệ thống sàn xuất linh hoạt), CAD - CAM, người m áy...
2.1.3. Trong văn phòng
Đây là hệ thống mạng công tác, có sử dụng máy tính, các thiết bị văn phòng. 2.1.4. Trong sinh hoạt gia đình
Hẹ thong thong tin ve nhà cửa, sản phâm tiêu dùng, hệ thống bảo vệ nhà cửa ô tô gara...
10
2.2. Phân loại theo kỹ thuật hệ thống
Sản phẩm đon là những sản phẩm linh hoạt, thực hiện chúc năng đứng một minh như m áy C N C ...
2.2.1. H ệ thống tồ hợp
Các sản phẩm cơ điện tử trong quá trinh có quan hệ cụ thể nào đó như: + Dây chuyền lắp ráp đồng hồ, lắp vỏ hộp động c ơ ...
+ Dây chuyền sản xuất tivi, máy nén khí....
2.2.2. H ệ thống tích hợp
Các sản phẩm cơ điện từ thành phần có quan hệ mật thiết như:
+ Tự động hóa sản xuất: Hệ thống gia công linh hoạt (FMS), hệ thống sản xuất tích hợp vi tính (CIM)
+ Tự động hóa công nghiệp dân dụng: thiết bị sản xuất và lắp ráp ô tô, tàu thông minh, tòa nhà thông m ình...
III. NHŨNG ÚNG DỤNG CỦA SẢN PHẨM c ơ ĐIỆN TỬ
3.1. Sản phẩm cơ điện tử
Những sản phẩm trong công nghiệp như robot thông minh, robot vượt chướng ngại vật, robot hồ bơi...
Trong Y học, giải trí và nghiên cứu khoa học cũng có rất nhiều ứng dụng của hệ thòng cơ điện tử. Ví dụ: robot công nghiệp, hệ thống phục vụ y học...
Hình 1.11. Những ứng dụng của Hệ thống cơ điện từ
12
Chương 2
TỔNG QUAN VỂ PLC
I. GIỚI THIỆU CHUNG VỂ PLC
1.1. Bộ điều khiển logic khả trình
Hình thành từ nhóm các kỹ sư hãng General Motors năm 1968 với ý tường ban đầu là thiết kế một bộ điều khiển thòa mãn các yêu cầu sau:
+ Lập trinh dễ dàng, ngôn ngữ lập trinh dễ hiểu.
+ Dễ dàng sứa chữa, thay thế.
+ Ôn định trong môi trường công nghiệp.
+ Giá cả cạnh tranh.
Thiết bị điều khiển logic khả trinh (PLC) hình 2.1 là loại thiết bị cho phép thực hiện các thuật toán điều khiển số thông qua một Ngôn ngữ lập trình, thay cho việc thề hiện thuật toán đó bằng mạch số.
10 0 10.1 Q O .O A 1 0 0 — H I---------------1 I-------------------------------- {>— I í l 0010
Tương đưcmg 1 mạch số:
Hình 2.1. Thuật toán điểu khiến số thông qua ngôn ngữ lập trình PLC
Như vậy, với chuơng trinh điều khiển như hình 2.1, PLC trờ thành bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán và thông tin với môi trường xung quanh. Toàn bộ chương trình điều khiền được lưu nhớ trong bộ nhớ PLC dưới dạng các khối chương trình (OB, FC, FB) và thực hiện theo chu kỳ vòng quét.
Để có thể thực hiện 1 chương trình điều khiển, PLC phài có tính năng như một máy tính, nghĩa là phái có một bộ vi xử lý (CPU), một hệ điều hành, bộ nhớ để lưu chương trinh điều khiến, dữ liệu và các cổng vào ra để giao tiếp với đối tượng điều khiển và trao đồi thông tin với môi trường xung quanh. Bên cạnh đó, nhằm phục vụ bài toán điều khiển số, PLC cần phải có thêm các khối chức năng như: COUNTER TIMER và những khối hàm chuyên dụng.
13
Isolation
Barritr/ m
“V "—
Hình 2.2. Hệ thống điều khiến PLC
Hình 2.3. Hệ thống cơ điện tứ có sứ dụng phần điểu khiến PLC
1.2. Các lĩnh vực sử dụng PLC hiện nay
PLC được sừ dụng khá rộng rãi trong các ngành: Công nghiệp, máy nông nghiệp, thiết bị y tế, ô tô...
1.3. Các ưu điểm khi sử dụng hệ thống điều khiển với PLC
- Không cần đấu dây cho sơ đồ điều khiển logic như kiểu Relay.
- Có độ mêm dẻo sừ dụng rất cao, muốn thay đổi phương pháp điều khiển chi cần thay đổi chương trình'điều khiển.
- Chiếm vị trí không gian nhỏ trong hệ thống.
14
- Nhiều chức năng điều khiển.
- Tốc độ xừ lý thời gian thực tương đối cao.
- Công suất tiêu thụ nhỏ.
- Không càn quan tâm nhiều về vấn đề lắp đặt.
- Có khả năng mở rộng số ngõ vào/ra khi mờ rộng nhu cẩu điều khiên bằng cách nôi thêm các khối vào ra chức năng.
- Dễ dàng điều khiển và giám sát từ máy tính.
- Giá thành không cao.
Chính nhờ những ưu thế đó, PLC hiện nay được sừ dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển tự động, cho phép nâng cao năng suất sản xuất, chất lượng...
1.4. G iói thiệu các ngôn ngữ lập trình
Các loại PLC nói chung thường có nhiều ngôn ngữ lập trinh phục vụ các đối tượng sừ dụng khác nhau. PLC sừ dụng 5 ngôn ngữ cơ bản:
+ Ngôn ngữ “Hình thang” (LAD: Ladder logic)
Ladder Logic (LAD)
S J 20K for m e n from tho o te tic a l gngỉnooring industy. f a axampte
“Key_1" “Key_2’i “Green_Lig bt"
----------------(>— I
Ngôn ngữ đồ họa. Thích hợp với người quen thiết kế mạch logic.
+ Ngôn ngữ STL (Statement List) “Liệt kê lệnh”
S ta te m e n t L is t (S T L )
Suitable for users from the w orld of com puter technology, fo r e x a m p le
“K ey _ 1 "
“K e y _ 2 "
“G re e n _ L ig h t”
Là ngôn ngữ lập trình thông thường cùa máy tính. Chương trinh được ghép nối bời nhiều câu lệnh theo một thuật toán nhất định. Mỗi lệnh là một hàng và có cấu trúc: “Tên lệnh” + “Toán hạng”
+ Ngôn ngữ FBD (Function Blocks Diagram)
Function Block Diagram (FBD)
Sưtabte fo r users from the *o rid of c r c u t o n g r w m g . tor example
15
Ngôn ngữ đồ họa thích hợp với người quen thiết kế mạch điều khiên sô. + Ngôn ngữ GRAPH
Đây là ngôn ngữ lập trình cấp cao dạng đồ họa. cấu trúc chương trinh rõ ràng, chương trình ngấn gọn, thích hợp cho người ngành cơ khí vốn quen với giản đô Grafcet cùa khí nén
1 10.5 T2
1--------II----------- 1 T ra n s 2
r S 3 ^ steP3
1 10.6 T3
1--------II------------1 Trans3
!----H z f j
+ Ngôn ngữ High GRAPH
Là dạng ngôn ngữ lập trình phát triển ngòn ngữ lập trình GRAPH
II. MỘT SỐ TẬP LỆNH TRONG LẬP TRÌNH PLC
2.1. Tập lệnh
2.1.1. Lệnh vào/ra
- LOAD (LD):
Lệnh LD nạp giá trị logic cùa một tiếp điểm vào trong bit đầu tiên cùa ngàn xếp. các giá trị còn lại trong ngăn xếp bị đẩy lùi xuống một bit.
Toán hạng gồm I, Q, M, SM, V, c, T.
+ Dạng LAD: tiếp điểm thường mở 10.0 sẽ đóng nếu ngõ vào PLC có địa chi 10.0 tác động.
16
+ Dạng STL: LD 10.0
- LOAD NOT (LDN):
Lệnh LDN nạp giá trị logic của một tiếp điểm vào trong bit đầu tiên của ngăn xếp, các giá trị còn lại trong ngăn xếp bị đẩy lùi xuống một bit.
Toán hạng gồm: I, Q, M, SM, V, c, T.
+ Dạng LAD: tiếp điềm thuờng đóng sẽ mờ khi ngõ vào PLC có địa chi 10.0 tác động.
+ Dạng STL: LDN 10.0
- OUTPUT (=):
Lệnh sao chép nội dung của bit đầu tiên trong ngăn xếp vào bit được chi định trong lệnh. Nội dung ngăn xếp không bị thay đổi.
Toán hạng bao gồm: I, Q, M, SM, T, c (bit)
+ Mô tả lệnh OUTPUT bằng LAD như sau:
Nếu tiếp điểm 10.0 đóng thì cuộn dây QO.O sẽ được cấp điện (làm cho ngõ ra cùa PLC có địa chi QO.O =1)
+ Dạng STL: Giá trị logic 10.0 được đưa vào bit đầu tiên của ngăn xếp, và bit này được sao chép vào bit ngõ ra Q0.0.
LD 10.0 = QO.O
Ví dụ:
Lập trình PLC điều khiển đảo chiều động cơ.
- Sơ đồ kết nối PLC với các thiết bị:
17
1 10.0
-----Ị 10.1 SO.O[
—o m -
1 10.2 1 10.3 1 10.4 1 10.5 ] 10.o
Ị €30.1 1
S I M A T i q l e o .2 1 SQ.3Í
S 7 - 2 0 0 f GSD.4I
- -I í" I
1 10.7 gQ 5Ỉ 1 n .0 QO.ôl ) 1 n .1 6 0./1
24 Volt DC
n .3 1 n .4
Q l.o C H -
\ jjR Ị ầ Q 1 .1 r ‘ “
220 Volt AC
zIU n .5 'ỂSẾ1
ICCM C C M l___
2.1.2. Lập trình dạng LAD:
10.0
-\ ' h
QO.1
H / h
QO.O
H / h
.10.2
H h
QO.O
H h 10.3
10.1
QO.O
< )
10.0: nút nhấn dừng
10.2: nút nhấn mờ máy thuận
Qũ0 10.3: nút nhấn mớ máy nghịch ■C ) Q0.0: ngõ ra nối với cuộn dây Kt. Q0.1: ngô ra nối với cuộn dây Kn.
2.2. Các lệnh ghi/xóa giá trị cho tiếp điểm
- SET (S):
Lệnh dùng để đóng các điềm liên tục đã được chọn trước. Trong LAD, logic ngõ ra sẽ điều khiển đóng dòng điện các cuộn dây đầu ra. Khi dòng điều khiển đến các cuộn dây thì các cuộn dây đóng các tiếp điểm. Trong STL, lệnh truyền trạng thái bit đầu tiên của ngăn xếp đến các điểm thiết kế. Neu bit này có giá trị bằng 1, các lệnh s sẽ đóng 1 tiếp điểm hoặc một dãy các tiếp điểm (giới hạn từ 1 đến 255). Nội đung cùa ngăn xếp không bị thay đổi bời các lệnh này.
+ Dang LAD: khi tiếp điềm 10.0 đóng lệnh SET sẽ đóng một màng gồm n các tiếp điểm kể từ địa chi Q0.0.
Toán hạng bao gồm I, Q, M, SM, T, c, V (bit)
10.0 QO.O I---------- Õ)
5
18
+ Dang STL: ghi giá trị logic vào một mảng gồm n bit từ địa chi QO.O LD 10.0
s Q 0 .0 ,5
- RESET (R):
Lệnh dùng để ngắt các điểm liên tục được chọn trước. Trong LAD, logic ngõ ra sẽ điều khiển ngát dòng điện các cuộn dây đầu ra. Khi dòng điều khiển đến các cuộn dây thì các cuộn dây mở các tiếp điểm. Trong STL, lệnh truyền trạng thái bit đầu tiên của ngăn xếp đến các điểm thiết kế. Neu bit này có giá trị bằng 1, các lệnh R sẽ ngắt 1 tiếp điểm hoặc một dãy các tiếp điểm (giới hạn từ 1 đến 255). Nội dung của ngăn xếp không bị thay đổi bời các lệnh này.
+ Dạng LAD: ngắt một mảng gồm 10 các tiếp điểm kể từ tiếp điểm có địa chi Q0.0. Toán hạng bao gồm I, Q, M, SM, T, c, V (bit)
+ Dạng STL: xóa một màng gồm 10 bit kề từ địa chi Q0.0.
LD 10.0
R Q0.0, 10
2.3. Lệnh Đại số Bool
Các lệnh tiếp điểm đại số Bool cho phép tạo lập các mạch logic (không có nhớ). Trong LAD các lệnh này được biểu diễn thông qua cấu trúc mạch, mắc nối tiếp hay song song các tiếp điểm thường đóng hay các tiếp điểm thường mờ.
- AND (A): Dạng STL:
Dạng LAD:
- AN DNO T(A N):
Dạng LAD:
LD 10.0
A 101.1
= QO.O
Dạng STL:
LD 10.0
AN 10.1
= QO.O
19
- OR (o)
Dạng LAD:
' ‘ỳyo.o
. 10.1
- OR NCT (ON):
Dạng LAD:
10.1
Vi dụ:
QO.O
< >
QO.O
-c )
DạngSTL: LD 10.0 o 101.1 = QO.O
DạngSTL: LD 10.0 ON 10.1 = QO.O
Viết chương trình điều khiển mờ máy động cơ bàng PLC
I0.0
Lập trình LAD
10.1
H h
QO.O
QO.O
- < )
Ghi chú:
10.0: N út nhấn dừng 10.1: N út nhấn mờ
Q0.0: Cuộn dãy KĐT. Q0.0: Tiếp điểm duy trì
2.4. Lệnh tiếp điểm đặc biệt
- Tiếp điểm đào, tác động cạnh xuống, tác động cạnh lên:
— In o tI— — Ịn Ị— — -|p|—
Có thể dùng các lệnh tiếp điểm đặc biệt đê phát hiện sự chuyên tiếp trạng thái của xung (sườn xung) và đáo lại trạng thái của dòng cung cấp (giá trị đỉnh cùa ngăn xếp). LAD sừ dụng các tiếp điểm đặc biệt này để tác động vào dòng cung cấp. Các tiếp điềm đặc biệt không có toán hạng riêng nên ta phải đặt chúng phía trước cuộn đây hoặc hộp đầu ra. Tiếp điểm chuyển tiếp dương/âm (các lệnh sườn trước và sườn sau) có yêu cầu về bộ nhớ, bởi vậy đối với CPU 214 có thể sử dụng nhiều nhất là 256 lệnh.
Ví dụ minh họa:
10.0
00.0 Dạng STL:
1— < ) LD 10.0 EU = QO.O
LD 10.0
10.0
LD 10.0
ED = Q0.1
LD 10.0
10 0
NOT = Q0.2
20
QO.O
1-------- ( ) QO.O
1------------c )
Biểu đồ thời gian:
1.00
QÄ)___________ Q
Q.02
w ______ n___
- Tiếp điểm trong vùng nhớ đặc biệt:
+ SM0.0: Ngược lại với SMO.l, vòng quét đầu tiên thì mờ nhưng từ vòng quét thứ hai trờ đi thì đóng.
+ SMO.l: Vòng quét đầu tiên tiếp điểm này đóng, kề từ vòng quét thứ hai thì mờ ra và giữ nguyên trong suốt quá trinh họat động.
+ SM0.4: Tiếp điểm tạo xung với nhịp xung vói chu kỳ là 1 phút.
+ SM0.5: Tiếp điểm tạo xung với nhịp xung với chu kỳ là ls.
BÀI TẬP THỰC HÀNH
3ÀI T H ựC HÀNH SỐ 1 : CÁC LOẠI TIẾP ĐIỂM c ơ B Ả N
I. Mục đích:
1. Nắm được ý nghĩa, tác dụng của tiếp điểm thường đóng.
2. Nắm được ý nghĩa, tác dụng của tiếp điểm thường mờ.
II. Tóm tắt kiến thức có liên quan:
1. Tiếp điềm thuờng mờ được đóng khi bít tương ứng cùa nó bằng 1 và m ờ ra khi bít ương ứng của nó bàng 0.
2. Tiếp điểm thường đóng được đóng khi bít tương ứng cùa nó bằng 0 và mở ra khi )it tương ứng cùa nó bàng 1.
III. Sơ đồ nối dây và danh sách vào/ra:
21
Đàn hiển thị dắu ra số' 0
Đèn hiển thị đẩu ra s ố 1
~ (^) Nguồn
IV. Các bước tiến hành
1. Nối dây theo sơ đồ và danh sách đầu vào bàng dây dẫn: Cực (-) cùa nguồn một chiều 24 V nối với đầu IM phía đầu vào của PLC. Cực (+) của nguồn nối với đầu chung của các chuyển mạch đầu vào (Môđune contac).
2. Nối dây theo sơ đồ và danh sách đầu ra bàng dây dẫn: Cực (-) của nguồn được nối với đầu chung của các đèn đầu ra và đầu chung IM phía đầu ra cùa PLC. Cực (+) cùa nguồn được nối với đầu 1L của PLC.
3. Sử dụng phần soạn thào chương trình để soạn thào chương trinh sau: N e tw o r k 1 Netw ork Title
10.0 Q0.0
N etw ork 2
1 0 .1 Q0.1
< )
22
4. Bật nguồn cung cấp cho PLC và nạp chương trinh vừa soạn thảo xuống PLC. 5. Đưa PLC vào chế độ RUN.
6. Tác động lên các đàu vào và ghi lại chi tiết kết quả cùa các tác động đó. V. Báo cáo thực hành
1. Số thứ tự và tên bài.
2. Mục đích thực hành.
3. Chương trình đã soạn thào để thực hành.
4. Bảng kết quả thực hành:
Trạng thái đầu vào Trạng thái đầu ra
10.0 10.1 QO.O Q0.1
5. Nhận xét và kết luận.
VI. Càu hỏi kiểm tra
1. Đổi các đầu vào cho nhau: 10.0 là công tác thường đóng, 10.1 là công tắc thường mờ có được không? Tại sao?
2. Tương tự, đồi các đầu ra cho nhau có được không? Tại sao?
3. Có thể có nhiều công tắc thường mờ và thường đóng trong một chương trình không? Giải thích?
BÀI TẬP T H ự C HÀNH
BÀI THỰC HÀNH SỐ 2: CÁC LỆNH SET VÀ RESET
I. Mục đích
1. Nắm được ý nghĩa, tác dụng của lệnh set.
2. Nam được ý nghĩa, tác dụng cùa lệnh reset.
II. Tóm tắt kiến thức có liễn quan
1. Khi được sử dụng, lệnh Set (S) sẽ đặt (đóng) và duy tri trạng thái đóng của cuộn dây đầu ra hoặc đặt 1 vào bit cùa bộ nhớ. Điểm tác động được xác định là: bắt đầu tại địa chi xác định trong lệnh và số điềm được tác động là từ 1 đên 255 điểm.
2. Khi được sừ dụng, lệnh Reset (R) sẽ mờ và duy tri trạng thái mở của cuộn dây đầu ra hoặc xoá các bit bộ nhớ về 0. Điểm tác động được xác định là: bắt đầu tại địa chi xác định trong lệnh và số điềm được tác động là từ 1 đến 255 điểm.
23
III. Sơ đầ nái dây và danh sách vào/ra ♦ 2 4 V D C -
CNJ
CN
?CL
o
ỊỈ)
CH
IV. Các bước tiến hành
Đèn hiển thị đẩu ra số 0
Đèn hiển thị đẩu ra số 1
~ ( ì ) N g u ồ n
N e tw o rk 1 Netwofk Tide
1. Nối dây theo sơ đồ và danh sách đầu vào bằng dây dẫn: Cực (-) cùa nguồn một chiều 24V nối với đầu IM phía đầu vào cùa PLC. Cực (+) của nguồn nối với đầu chung của các chuyển mạch đầu vào (Môđune contac).
2. Nối dây theo sơ đồ và danh sách đầu ra bàng dây dẫn: Cực (-) của nguồn được nối với đầu chung của các đèn đầu ra và đầu chung IM phía đầu ra cùa PLC. Cực (+) của nguồn được nối với đầu 1L cùa PLC.
3. Sử dụng phần soạn thảo chương trình để soạn thảo chương trình sau:
4. Bật nguồn cung cấp cho PLC và nạp chương trinh vừa soạn thào xuống PLC.
5. Đưa PLC vào chế độ RUN.
loo QO.O - c 5 )
1
MQ.Q
N e tw o rk 2
10.1 QO.O - c O
1
MOO
« )
1
Network. 3
6. Tác động lên các đầu vào và ghi lại chi tiết kết quá của các tác động đó.
24
MO.O
Q01
- c )
V. Báo cáo thực hành
Số thứ tự và tên bài.
Mục đích thực hành.
Chương trình đã soạn thảo để thực hành.
Bảng kết quả thực hành:
T rạ n g th ái đ ẩu v ào Trạng thái đầu ra
10.0 10.1 QO.O Q 0.1
Nhận xét và kết luận.
VI. Câu hỏi kiểm tra
1. Tại sao đầu ra Q0.1 không chịu ảnh hường trực tiếp của lệnh Set và Reset mà vẫn đóng, m ờ cùng với đầu ra Q0.0?
2. Có thể dùng nhiều tiếp điểm để Set và Reset không? Tại sao?
3. Có thể kết hợp công tắc thường mờ và thường đóng để Set và Reset không? Tại sao?
2.5. Timer
Lệnh Timer
Timer là bộ tạo thời gian trễ giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra nên trong điều khiển thường được gọi là khâu trễ. Neu ký hiệu tín hiệu (logic) vào là x(t) và thời gian trễ tạo ra bàng
/A Txxx D TON
— IN
FB - PT
i)
Txxx
Timer là T thì tín hiệu đầu ra của Timer đó sẽ là x(t - r). S7-200 có 64 bộ Timer (với CPU 212) hoặc 128 Timer (với CPU 214) được chia làm 3 loại khác nhau: - Timer đóng chậm không có nhớ (On - Delay Timer), ký hiệu là TON.
- IN - PT
IN
TONR
Txxx
TOF
- Timer mở chậm không nhớ (O ff - Delay Timer), ký hiệu TOF.
- Timer đóng chậm có nhớ (Retentive On - Delay Timer),
FT
sT TON T :o:x, PT
L
ký hiệu TONR.
Ba loại Timer cùa S7-200 phân biệt với nhau ớ phàn ứng của nó đối với trạng thái logic đầu vào.
Cà hai Timer kiểu TON và TONR cùng bắt đầu đếm thời gian kế từ thời điêm có sườn lên ờ tín hiệu đầu vào, đầu vào
TONP. T x x x . PT
TOF XwY PT
IV [7 [7 Í7
221 222 224 226 25
chuyển trạng thái logic từ 0 lên 1, được gọi là thời gian Timer được kích. Khi giá trị thời gian cùa Timer lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt trước thì tiếp điểm cùa Timer sẽ đóng lại. Lúc này Timer vẫn tiếp tục đếm thời gian cho đến giá trị max.
Khi đầu vào có giá trị logic bằng 0, TON tự động reset còn TONR thì không. Timer TON được dùng để tạo thời gian trễ trong một khoảng thời gian (miền liên thông), còn với TONR thời gian trễ sẽ được tạo ra trong nhiều khoảng thời gian khác nhau.
Timer TOF dùng để mờ chậm một ngõ ra sau thời gian đặt trước nào đó, kê từ khi logic ngõ vào chuyển tò 1 xuống 0. Khi ngõ vào Timer lên 1, tiếp điểm của nó đóng ngay lập tức và đặt giá trị thời gian bằng 0. Khi ngõ vào xuống 0, Timer sẽ đếm thời gian cho đến giá trị đặt truớc thì tiếp điểm Timer sẽ mờ ra.
Inputs/Outputs Operands Data Types Txxx Constant WORD IN(LAD) Power Flow BOOL IN (FBD) I, Q, M, SM, T, c, V, S, L. Power Flow BOOL
PT vw, IW, QW, MW, sw , SMW, LW, ATW, T, c, AC, Constant, *VD, *AC, *LD
INT
Timer TON, TOF và TONR đều có 3 loại với 3 độ phân giải khác nhau, độ phân giải lm s, 10ms và 100ms. Thời gian trễ r được tạo ra chính là tích của độ phân giãi của bộ Timer được chọn và giá trị đặt trước cho Timer. Ví dụ Timer có độ phân giải 10ms và giá trị đặt trước 50 thì thời gian trễ là 500ms.
Độ phân giải các loại Timer của S7-200, loại CPU 214, được trinh bày trong bảng bên dưới.
Lệnh Đô phân giải Giá trị cực đại CPU 214 1 ms 32,767 s T32 và T96
TON, TOF TON, TONR
10 ms 327,67 s T33 + T36, T97 -s- T100 100 ms 3276,7 s T37 + T63, T101 T T127 1 ms 32,767 s T0vàT64 10 ms 327,67 s T1 H- T4, T65 -Ỉ-T68 100 ms 3276,7 s T5 -H T31, T69 + T95
Cú pháp khai báo sử dụng Timer như sau:
Khi sứ dụng Timer TONR, giá trị đếm tóc thời được lưu lại và không bị thay đồi trong khoảng thời gian khi tín hiệu đầu vào có logic 0. Giá trị của T - bit không được nhớ mà hoàn toàn phụ thuộc vào kết quả so sánh giữa giá trị đếm tức thời và giá trị đặt tnrớc.
26
LAD Mô tã Toán hạng
TON-Txx Khai báo Timer số hiệu XX kiểu TON để tạo thời gian trễ tính tù khi đầu vào IN được kích.
Txx (word)
CPU214:32 - 63
-
IN
PT
Nếu như giá trị đếm tức thời lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt trước PT thì T-bit có giá trị logic bằng 1, có thể reset Timer kiểu TON bằng lệnh R hoặc bằng giá trị logic 0 tại đầu vào IN
96-5-127
PT: vw, T, (word) c, rw, QW, MW, SMW, c, IW, hằng số
TONR-Txx Khai báo Timer số hiệu XX kiểu TONR để tạo thời gian trễ tính từ đầu vào IN được kích. Nếu
Txx (word)
CPU214:0 -ỉ- 31 64+65
IN
PT
như giá trị đếm thời thời lớn hom hoặc bang giá trị đặt trước PT thì T-bit có giá trị logic bằng 1. Chi có thể reset Timer kiều TON bằng lệnh R cho T-bit.
PT: v w , T, (word) c, rw, QW, MW, SMW, AC, AIW, hằng số
Khi Reset một bộ Timer, T - word và T - bit của nó đồng thời đuợc xóa và có giá trị bằng 0, như vậy giá trị đếm tức thời được đặt về 0 và tín hiệu đầu ra cũng có trạng thái logic 0.
Vi dụ:
Sử dụng Tim er kiểu TON
27
Vi dụ:
Sừ đụng timer kiểu TONR
Ví dụ:
Sừ dụng timer kiểu TOF 28
BÀI TẬP THỰC HÀNH
BÀI THỰC HÀNH SỐ 3: B ộ THỜI GIAN TRẺ MỞ TON (ON DELAY TIMER) I. M ục đích
Nắm được khái niệm, tác dụng cùa bộ thời gian trễ mờ.
II. Tóm tắt kiến thức có liên quan
Bộ thời gian trễ mờ: sẽ đếm thời gian khi đầu vào cho phép (IN) đóng. Khi giá trị hiện thời của bộ thời gian bằng hoặc lớn hơn giá trị thời gian đặt PT ( Preset Time) thì bít cùa bộ thời gian được đặt bằng 1.
Giá trị hiện thời cùa bộ thời gian TON bị xoá khi đầu vào IN mở ra. Bộ thời gian TON vẫn tiếp tục đếm thời gian sau khi đã đếm tới giá trị thời gian đặt và nó dừng đếm khi đạt tới giá trị lớn nhất: 32,767.
Bộ thời gian TON đếm các khoảng thời gian khác nhau. Do đó, độ phân giải (hay thời gian cơ sở) sẽ quyết định khoảng thời gian mà bộ thời gian sẽ đếm.
Ví dụ: một bộ thời gian TON với độ phân giài 10ms với giá trị đặl là 50 thì sẽ đếm được khoảng thời gian là 50x100ms = 500ms sau khi được phép hoạt động. PLC S7 - 200 cung cấp 3 độ phân giải: lm s, 10ms, 100ms. Cụ thề như sau: Loại bộ thời gian Độ phân giải Giá trị lớn nhất Số của bộ thời gian lms 32,767s (0,546’) T32.T96
TON
10ms 327,67s (5,46’) T33+T36, T97+T100 100ms 3276,7s (54,6’) T37-Ỉ-T63, T101-Ỉ-T255
III. Sơ đồ nối dây và danh sách vào/ra
29
IV. Câc birvc tien hànb:
1. Nôi dây theo sa dô và danh sâch dâu vào bàng dây dân: Cue (-) cùa nguôn mot chiêu 24V nôi veri dâu 1M phia dâu vào cùa PLC. Cue (+) cùa nguôn nôi veri dâu chung cùa câc chuyên mach dâu vào (Môdune contac).
2. Nôi dây theo so dô và danh sâch dâu ra bâng dây dân: Cue (-) cùa nguôn duoc nôi vôi dâu chung cùa câc dèn dâu ra và dâu chung 1M phia dâu ra cùa PLC. Cue (+) cùa nguôn duorc nôi vôi dâu IL cùa PLC.
3. Sù dung phân soan thâo chuong trinh dê soan thào chuong trinh sau: Network 1 Network Title
I0.0 10.1
___ I | 1 ’ 1
I I 1 ' 1
QO.O
— I h " 1
Network 2
QO.O T37
1----------------------------------------IN TON
+50* PT
Netw ork 3
T37 Q 01
— I I------C )
4. Bât nguôn cung câp cho PLC và nap chucmg trinh vira soan thào xuông PLC. 5. Dua PLC vào chê dô RUN.
6. Tâc dông lèn câc dâu vào và ghi lai chi tiêt kêt quà cùa câc tâc dông dô. V. Bâo câo th lie hành
1. Sô thu tu và tên bài.
2. Mue dich cùa bài thuc hành.
3. Chuong trinh dà soan thào dê thuc hành.
4. Mô tà kêt quà thuc hành: Ghi lai chi tiêt câc tâc dông và hiên tuçmg xày ra. 5. Nhân xét và kêt luân.
30
VI. Câu hỏi kiểm tra:
1. Giải thích kết quả thực hành.
2. Có thể thay đổi thời gian trễ được không? Bằng cách nào?.
BÀI TẬP THỰC HÀNH
BÀI THỰC HÀNH SỐ 4: B ộ THỜI GIAN TRỄ ĐÓNG CÓ NHỚ TONR (RETENTIVE ON DELAY TIMER)
I. Mục đích
Nam được khái niệm, tác dụng của bộ thời gian trễ mờ có nhớ.
II. Tóm tắt kiến thức có liên quan
Bộ thời gian trễ đóng có nhớ: sẽ đếm thời gian khi đầu vào cho phép (IN) đóng. Nếu đầu vào cho phép (IN) m ờ thì TONR vẫn giữ giá trị hiện thời cùa nó. Khi giá trị hiện thời của bộ thời gian bằng hoặc lớn hơn giá trị thời gian đặt PT (Preset Time) thì bít cùa bộ thời gian được đặt bằng 1.
Có thể dùng bộ thời gian TONR đề chứa một số khoảng thời gian khi đầu vào tắt hay mờ. Dùng lệnh Reset (R) để xoá giá trị hiện thời của bộ thời gian TONR. Bộ thời gian TONR vẫn tiếp tục đếm thời gian sau khi đã đếm tới giá trị thời gian đặt và nó dừng đếm khi đạt tới giá trị lớn nhất: 32,767.
Bộ thời gian TONR đếm các khoảng thời gian khác nhau. Do đó, độ phân giải (hay thời gian cơ sờ) sẽ quyết định khoảng thời gian mà bộ thời gian sẽ đếm. PLC S7 - 200 cung cấp 3 độ phân giải cho bộ thời gian TONR: lm s, lOms, 100ms. Cụ thể như sau:
Loại bộ thời gian Độ phân giãi Giá trị lớn nhất Số của bộ thời gian lms 32,767s (0,546’) T0,T64
TONR
10ms 327,67s (5,46’) T1-Ỉ-T4, T65+T68 100ms 3276,7s (54,6’) T5VT31, T69+T95
III. Sơ đồ nối dây và danh sách vào/ra
IV. Các birớc tiến hành
1. Nối dây theo sơ đồ và danh sách đầu vào bằng dây dẫn: Cực (-) của nguồn một chiều 24V nối với đầu IM phía đầu vào cùa PLC. Cực (+) cùa nguồn nối với đầu chung cùa các chuyên mạch đầu vào (Môđune contac).
2. Nối dây theo sơ đồ và danh sách đầu ra bằng dây dẫn: Cực (-) cùa nguồn được nối với đầu chung cùa các đèn đầu ra và đầu chung 1M phía đầu ra cùa PLC. Cực (+) của nguồn được nối với đầu 1L của PLC.
31
♦ 24VDC 24VDC
- ® - —
- 0 ------
ò ỉ
pCL
o
©OCN
ư )
Đèn hiển thị đẩu ra số 0 Đèn hiển thị đầu ra số 1
3. Sừ dụng phần soạn thảo chương trình đề soạn thảo chương trình sau: Netmoik 1
ID.O
ũũ.o
Nettvoik 2
10.1
H ' I
QO.O
-c )
QO.O T30
IN TỮNR
PT
Ne*work 3
QO.O T30 Q0.1
I------------1 I-----------c )
32
4. Bật nguồn cung cấp cho PLC và nạp chương trình vừa soạn thào xuống PLC. 5. Đưa PLC vào chế độ RUN.
6. Tác động lên các đầu vào và ghi lại chi tiết kết quả cùa các tác động đó. V. Báo cáo thực hành
1. Số thứ tự và tên bài.
2. Mục đích của bài thực hành.
3. Chương trinh đã soạn thảo để thực hành.
4. Mô tả kết quả thực hành: Ghi lại chi tiết các tác động và hiện tượng xảy ra. Nh5. xét và kết luận.
VI. Câu hỏi kiểm tra
1. Giải thích kết quả thực hành.
2. Khác biệt cơ bản nhất giữa TON và TONR là gì?
BÀI TẬP THỰC HÀNH
BÀI T H ựC HÀNH SỐ 5: B ộ THỜI GIAN TRẺ MỜ TOF (OFF DELAY TIMER) I. Mục đích
Nấm được khái niệm, tác dụng của bộ thời gian trễ mờ.
II. Tóm tắt kiến thức có liên quan
Bộ thời gian trễ đóng: được dùng để cất một đầu ra sau một khoảng thời gian nhất định sau khi đầu vào đã mờ.
Khi đầu vào cho phép (IN) đóng (ON), bit của bộ thời gian sẽ được đặt bằng 1 và ngay lập tức và giá trị hiện thời của bộ thời gian được đặt bàng 0. Sau khi đầu vào cho phép mờ (OFF), bộ thòi gian bắt đầu đếm cho đến khi đạt được giá trị đặt.
Khi đạt tới giá trị đặt, bít của bộ thời gian được đưa về 0 và giá trị hiện hành cùa bộ thời gian ngừng tăng. Tuy nhiên, nếu đầu vào cho phép lại đóng trước khi đạt tới giá trị đặt thì bít của bộ thời gian vẫn giữ giá trị 1.
Đầu vào cho phép tạo ra chuyển đổi đóng - mở (on - off) để bộ thời gian TOF bắt đầu đếm khoảng thời gian.
Có thể dùng lệnh Reset để xoá giá trị hiện thời và bít của bộ thời gian. Sau khi xoá, bộ thời gian TOF cần có một chuyển đổi từ đóng sang mở để bắt đầu lại. Bộ thời gian TOF đếm các khoảng thời gian khác nhau. Do đó, độ phân giài (hay thời gian cơ sờ) sẽ quyết định khoảng thời gian mà bộ thời gian sẽ đếm.
Ví dụ: một bộ thời gian TOF với độ phân giải 10ms với giá trị đật là 50 thi sẽ đếm được khoảng thời gian là 500ms sau khi được phép hoạt động.
PLC S7 - 200 cung cấp 3 độ phân giải: lm s, 10ms, 100ms. Cụ thể như sau: 33
Loại bộ thời gian Độ phân giải Giá trị lớn nhất Số của bộ thời gian lms 32,767s (0,546’) T32.T96
TOF
10ms 327,67s (5,46’) T33-T36, T97+T100 100ms 3276,7s (54,6’) T37+T63.T101-Ỉ-T255
III. Sv đồ nối dây và danh sách vào/ra
IV. Các bước tiến hành
1. Nối dây theo sơ đ ồ và danh sách đầu vào bằng dây dẫn: Cực (-) cùa nguồn một chiều 24V nối với đầu IM phía đầu vào cùa PLC. Cực (+) của nguồn nối với đầu chung cùa các chuyền mạch đầu vào (Môđune contac).
2. Nối dây theo sơ đồ và danh sách đầu ra bằng dây dẫn: Cực (-) của nguồn được nối với đầu chung cùa các đèn đầu ra và đầu chung IM phía đầu ra cùa PLC. Cực (+) cùa nguồn được nối với đầu 1L của PLC.
34
3. Sừ dụng phàn soạn thào chương trình để soạn thảo chương trình sau: N e ỉiv o ík 1 Network Title
I0.0 10.1
QO.O
N e tiv o ik 2
QO.O T37
IN T0F
QO.O
< )
V8+;!!'!.
N e tv v o ik 3
PT
T37 Q0.1
-c )
4. Bật nguồn cung cấp cho PLC và nạp chương trinh vừa soạn thào xuống PLC. 5. Đưa PLC vào chế độ RUN.
6. Tác động lên các đầu vào và ghi lại chi tiết kết quả cùa các tác động đó. V. Báo cáo thực hành
1. Số thứ tự và tên bài.
2. Mục đích của bài thực hành.
3. Chương trình đã soạn thảo để thục hành.
4. Mô tả kết quà thực hành: Ghi lại chi tiết các tác động và hiện tượng xảy ra. 5. Nhận xét và kết luận.
VI. Câu hỏi kiểm tra
1. Giải thích kết quả thực hành.
2. Nếu ấn đầu vào 10.1 trước khi T37 đếm tới giá trị đặt thì hiện tượng gi xảy ra? Giài thich.
2.6. Counter
Lệnh Counter
Counter là bộ đếm thực hiện chức năng đếm sườn xung, trong S7-200 các bộ đếm iược chia làm 3 loại: bộ đếm lên (CTU), bộ đếm xuống (CU) và bộ đếm lên/xuống CTUD).
35
- Bộ đếm lên CTU đếm số sườn lên của tín hiệu logic đầu vào, tức là đếm số lần thay đồi trạng thái logic từ 0 lên 1 cùa tín hiệu. Số xung đếm được ghi vào thanh ghi 2 byte của bộ đếm, gọi là thanh ghi C-word. Nội dung cùa thanh ghi C
word, gọi là giá trị đếm tức thời cùa bộ đếm, luôn được so sánh với giá trị đặt trước của bộ đếm, được ký hiệu là PV. Khi giá trị đếm tức thời bàng hoặc lớn hơn giá trị đặt trước này thì bộ đếm báo ra ngoài bàng cách đặt giá trị logic 1 vào một bít đặc biệt cùa nó, gọi là C-bit. Trường họp giá trị đếm tức thời nhò hơn giá trị đặt trước thì C-bit có giả trị logic là 0.
- Bộ đếm lên/xuống CTUD đếm lên khi gặp sườn lên cùa xung vào cổng đếm lên, ký hiệu là cu hoặc bít thứ 3 của ngăn xếp trong STL, và đếm xuống khi gặp sườn lên cùa xung vào cồng đếm xuống, ký hiệu là CD trong LAD hoặc bít thứ 2 của ngăn xếp trong STL.
Khác với các bộ Timer, các bộ đếm CTU và CTUD đều có chân nối với tín hiệu điều khiển xóa để thực hiện việc đặt lại chế độ ban đầu (reset) cho bộ đếm, được ký hiệu bằng chữ cái R trong LAD, hay được quy định là trạng thái logic cùa bít đầu tiên cùa ngăn xếp trong STL. Bộ đếm được reset khi
[r C n o t
lằ - CU CTV - R
1D - pv
Cxxx
-CƯ CTUD
- CD
- P-
- PV
Cxxx
- CD CTD
- LD
— PV
1?CTU Cxxx, PV
\l CTUD Cxxx, PV CTD Cxxx. PV rv Í 7 ư ư
221 222 224 226
tín hiệu xoá này có mức logic 1 hoặc khi lệnh R (reset) được thực hiện với C-bit. Khi bộ đếm được reset, cả C-word và C-bit đều có giá trị 0.
LAD Mô tã Toán hạng
Cxx (word)
CPU 214:0+ 47
980+ 127
PV (word)-. v w , T, c,
rw, QW, MW, SMW,
AC, AIW, hằng số
*VD, *AC
Cxx (word)
CPU 214:48 -í- 79
PV (word): vw, T, c,
IW, QW, MW, SMW,
AC, AIW, hẳng số,
*VD, *AC
36
CTU - Cxx Khai báo bộ đếm tiến theo sườn lên cùa cu. Khi giá ừị đếm tức thời C-word Cxx lớn hơn
hoặc bằng giá trị đặt trước PV, C- bít (Cxx) có
giá ừị logic bang 1. Bộ đếm được reset khi đầu
vào R có giá trị logic bằng 1. Bộ đếm ngừng
đếm khi C-word Cxx đạt được giá trị cực đại.
CTD - Cxx Khai báo bộ đếm tiến/lùi, đếm tiến theo sườn lèn cùa cu, đếm lúi theo sườn lẽn của CD. Khi
giá trị đếm túc thời C-word Cxx lớn hơn hoặc
bằng giá trị đặt trước PV, C- bit (Cxx) có giá trị
logic bàng 1. Bộ đếm ngừng đếm tiến khi C
word Cxx đạt được giá trị cực đại 32,767 và
ngừng đếm lùi khi C-word Cxx đạt được giá trị
cực đại - 32.768. CTUD reset khi đầu vào R có
giá trị logic bằng 1.
Bo dim len CTU co m iln gia tri dim tuc thoi tir 0 d in 32,767. Bo dim len/xudng CTUD co mien gia tri dem turc thoi tir -32,768 den 32,767.
- Bo d im xu6ng CU dim xulng tir gia tri dat tnrac khi co suan len tac dong vao cong dem xu6ng. Khi gia tri dim bang 0 thi dimg dem va tiep diem cua no se dong. Khi chan Load LD tac dong thi bo dem xuong se m o tiep diem va nap gia tri dat tnrorc vao. Gian do thoi gian:
C40 (wad) . 1 I
cuttent Q | 0
C40 (bit)__________________________________|-------------------
+ Sur dung bo dem CTD:
LAD
13.0
H t -
C50 C50 CD CTD 13.ti CD CTD
LDll.0 — LD PV ♦ 3 — PV
13.0 //Count Down Input
LD
11.0 //Load Input
LD
CTD
C50, 3
Timing Diagram
37
+ Sử dụng bộ đếm CTƯD: LAD
1 cu CTUD
1
01— CD
14 .0
13 .0 — 12.0 —
FBD
CUCTUD CD
01— R 4- PV
R
PV
STL
+4
LD 14.0 //Count Up Input
LD 13.0 //Count Down Input
LD 12.0 //Roaot Input
CTUD C4 8 , 4
Timing Diagram
BÀI TẬP THỰC HÀNH
BÀI TH ựC HÀNH SỐ 6: BỘ ĐÉM TIẾN (COUNT UP COUNTER) I. Mục đích
Năm được khái niệm, chức năng cùa lệnh bộ đếm tiến.
Biết cách sử dụng bộ đếm tiến
II. Tóm tắt kiến thức có liên quan
Lệnh đếm tiến (CTU: Count Up instruction): Khi đầu vào đếm tiến (CU: Count Up) nhận được chuyển tiếp từ tắt sang mờ (OFF - ON) thì giá trị hiện thời của bộ đếm sẽ được tăng lên 1.
Khi giá trị hiện thời cùa bộ đếm lớn hơn hoặc bàng giá trị đặt (PV: Preset Value) thì bit cùa bộ đếm (Counter bít) được đặt giá trị logic 1.
38
Bộ đếm bị xoá về 0 khi đầu vào Reset có giá trị logic 1.
Bộ đếm dừng đếm khi bộ đếm đạt tới giá trị cực đại (32.767)
Số lượng bộ đếm của S7-200 là 256 (CO 4- C255)
III. Sơ đồ néi dây và danh sách vào/ra
1. Nối dây theo sơ đồ và danh sách đầu vào bằng dây dẫn: Cực (-) của nguồn một chiều 24V nối với đầu IM phía đầu vào cùa PLC. Cực (+) của nguồn nối với đầu chung cùa các chuyển mạch đầu vào (Môđune contac).
2. Nối dây theo sơ đồ và danh sách đầu ra bằng dây dẫn: Cực (-) cùa nguồn được nối với đầu chung của các đèn đầu ra và đầu chung IM phía đầu ra của PLC. Cực (+) của nguồn được nối với đầu 1L của PLC.
39
3. Sứ dụng phần soạn thảo chương trình để soạn thào chương trinh sau:
N e tw o rk 1 Network Title
10 0 Cl
cu CTU
10.1
— I h R
W 8+3- PV
N e tw o rk 2
C1 QO.O
4. Bật nguồn cung cấp cho PLC và nạp chương trình vừa soạn thảo xuông PLC. 5. Đưa PLC vào chế độ RUN.
6. Tác động lên các đầu vào và ghi lại chi tiết kết quả cùa các tác động đó. V. Báo cáo thực hành
1. Số thứ tự và tên bài.
2. Mục đích cùa bài thực hành.
3. Chương trinh đã soạn thào để thực hành.
4. Mò tá kết quả thực hành: Ghi lại chi tiết các tác động và hiện tượng xày ra. 5. Nhận xét và kết luận.
VI. Câu hỏi kiểm tra
1. Giải thích kết quà thực hành.
2. Có thể dùng nhiều tiếp điểm để điều khiển đầu vào c u hoặc R được không? Tại sao? BÀI TẬP THỰC HÀNH
BÀI THỰC HÀNH SÔ 7: BỘ ĐÉM LÙI (COUNT DOWN COUNTER) I. Mục đích
Nắm được khái niệm, hoạt động, chức năng của bộ đếm lùi.
Biết cách sử dụng bộ đếm lùi.
II. Tóm tắt kiến thức có liên quan
Lệnh đếm lùi (CTD: Count Down instruction): Khi đầu vào đếm lùi (CD: Count Down) nhận được chuyển tiếp từ tát sang mờ (OFF - ON) thì giá trị hiện thời của bộ đếm sẽ bị giảm đi 1.
40
Khi giá trị hiện thời của bộ đếm bàng 0 thì bít của bộ đếm (Counter bít) được đặt bằng 1 và bộ đếm dừng đếm.
Khi đầu vào LD (Load) có giá trị logic 1 thì bộ đếm sẽ xoá bít cùa nó về 0 và đưa giá trị đặt ờ đầu vào PV (Preset Value) vào giá trị hiện hành.
Số lượng bộ đếm cùa S7-200 là 256 (CO 4- C255)
III. Sơ đả nối dây và danh sách vào/ra
1. Nối dây theo sơ đồ và danh sách đầu vào bằng dây dẫn: Cực (-) cùa nguồn một chiều 24V nối với đầu IM phía đầu vào của PLC. Cực (+) cùa nguồn nối với đầu chung cùa các chuyền mạch đầu vào (Môđune contac).
2. Nôi dây theo sơ đồ và danh sách đầu ra bang dây dẫn: Cực (-) của nguồn được nối với đầu chung của các đèn đầu ra và đầu chung IM phía đầu ra của PLC. Cực (+) của nguồn được nối với đầu 1L của PLC.
3. Sừ dụng phân soạn thào chương trình đê soạn thảo chương trinh sau: 41
N etw o rk 1 Network Title
10.0 C1
------1 I----------------1 p I-----------------------------[CD CTD
10.1
LD
Wtt+3- PV
Network 2
C1 QO.O
< )
4. Bật nguồn cung cấp cho PLC và nạp chương trình vừa soạn thảo xuồng PLC. 5. Đưa PLC vào chế độ RUN.
6. Tác động lên các đầu vào và ghi lại chi tiết kết quả của các tác động đó. V. Báo cáo tbực hành
Số thứ tự và tên bài.
Mục đích của bài thực hành.
Chương trình đã soạn thào để thực hành.
Mô tà kết quả thực hành: Ghi lại chi tiết các tác động và hiện tượng xày ra. Nhận xét và kết luận.
VI. Câu hải kiểm tra
1. Giải thích kết quả thực hành.
2. Có thể bỏ tiếp điểm p đi được không? Tại sao?
BÀI TẬP THỰC HÀNH
BÀI THỰC HÀNH SỐ 8: B ộ ĐẾM TIẾN VÀ LÙI (COUNT UP/DOWN COUNTER) I. Mục đích
Nắm được khái niệm, tác dụng cùa bộ đếm vừa đếm tiến, vừa đếm lùi. II. Tóm tắ t kiến thức có liên quan
Bộ đếm tiến/lùi CTUD (Count Up/Down instruction): Bộ đếm sẽ thực hiện việc đếm tiến khi đầu vào cu (Count Up) nhận được chuyển tiếp từ tắt sang mở và đếm lùi khi đầu vào đếm lùi (CD: Count Down) nhận được chuyển tiếp từ tat sang mở.
Giá trị đặt PV (Preset Value) được so sánh với giá trị hiện thời mỗi khi lệnh của bộ đếm được thực hiện.
42
Khi đạt tới giá trị cực đại (32,767), lệnh đếm tiến tiếp theo sẽ đưa giá trị hiện thời của bộ đếm về giá trị cực tiểu (-32767). Ngược lại, khi đã đạt tới giá trị cực tiêu, lệnh đêm lùi tiếp theo sẽ đưa giá trị cực đại vào giá trị hiện thời của bộ đếm.
Khi giá trị hiện thời của bộ đếm lớn hom hoặc bàng giá trị đặt PV (Preset Value) thì bít của bộ nhớ được đặt bằng 1. Nếu không, bít của bộ nhớ được xoá về 0. Bộ đếm bị xoá khi đầu vào Reset có giá trị logic 1.
Số lượng bộ đếm của S7-200 là 256 (CO + C255)
III. Sơ đồ nối dây và danh sách vào/ra
1. Nối dây theo sơ đồ và danh sách đầu vào bằng dây dẫn: Cực (-) của nguồn một chiều 24V nối với đầu 1M phía đầu vào cùa PLC. Cực (+) cùa nguồn nối với đầu chung của các chuyển mạch đầu vào (Môđune contac).
2. Nối dây theo sơ đồ và danh sách đầu ra bằng dây dẫn: Cực (-) cùa nguồn được nối với đầu chung cùa các đèn đầu ra và đầu chung IM phía đầu ra của PLC. Cực (+) cùa nguồn được nối với đầu 1L của PLC.
3. Sừ dụng phần soạn thảo chương trình để soạn thảo chương trình sau: 43
Network 1 Network Tibe
100 Cl
— 1 1----------------- 1 p 1—cu CTUD
101
— I I------------------------------------CD
10.2
— 1 1------------------------------------R
W#+5- PV
Network 2
C1 QO.O
— I I--------------- ( )
4. Bật nguồn cung cấp cho PLC và nạp chương trình vừa soạn thảo xuống PLC. 5. Đưa PLC vào chế độ RUN.
6. Tác động lên các đầu vào và ghi lại chi tiết kết quả của các tác động đó. V. Báo cáo thực hành
1. Số thứ tự và tên bài.
2. Mục đích cùa bài thực hành.
3. Chương trình đã soạn thào để thực hành.
4. Mô tà kết quà thực hành: Ghi lại chi tiết các tác động và hiện tượng xảy ra. 5. Nhận xét và kết luận.
VI. Câu hỏi kiểm tra
1. Giải thích kết quà thực hành.
2. Có thể dùng bít cùa bộ đếm để Set hoặc Reset đầu ra được không? Tại sao?.
BÀI TẬP TỔNG HỢP THỰC HÀNH CUỐI CHƯƠNG
BÀI TH ựC HÀNH SỐ 9: T H ựC HÀNH ĐIỀU KHIẾN ĐỘNG c ơ s ử DỤNG BIẾN TÀN
I. Mục đích
- về kiến thức:
+ Trinh bày đuợc công dụng lý do sừ dụng biến tần đề điều khiền động cơ. + Trình bày được các thông số thay đồi chế độ hoạt động của biến tần. + Lập trình được chương trình điều khiển động cơ qua biến tằn băng PLC.
44
- về kỹ năng:
+ Đấu nối thành thạo mạch điều khiển và động lực.
+ Sừ dụng thành thạo bàn phím thay đồi chức năng cùa biến tần.
II. Tóm tắt lý thuyết
1. Nhắc lại về biến tần
Biến tần là loại thiết bị điện tử biến đổi nguồn điện một chiều ra dòng điện xoay chiều có tần số mong muốn (tần số có thể biến đổi được).
Nguyên lý hoạt động cùa biến tần
Cấu trúc một biến tần thông thường gồm các khâu sau:
U m
K hắc phục Đ iệ n á p sử a chữ a
Lọc ^ T ìn h chính điện áp
Ban đầu nguồn điện xoay chiều ba pha hoặc một pha được biến đổi thành nguồn một chiều và được lọc bằng phẳng bời các mạch chỉnh lưu và bộ lọc. Sau đó nguồn một chiều được biến đổi lại thành điện áp xoay chiều ba pha bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM - Pulse With Môđunation). Nhờ phượng pháp này ta có thề dễ dàng điều chỉnh tan so cấp tới động cơ để khởi động cũng như hãm dừng động cơ một cách êm dịu.
2. Nhắc lại về bộ biến đỗi tương tự EM235
Khải niệm:
Môđune analog là một công cụ để xử lý các tín hiệu tương tự thông qua việc xừ lý các tín hiệu số.
45
Analog input:
Thực chất nó là một bộ biến đổi tương tự - số (ADC). Nó chuyển tín hiệu tương tụ ờ đầu vào thành giá trị số ờ đầu ra. Dùng đề kết nối các thiết bị đo với bộ điều khiên chăng hạn như đo nhiệt độ...
Analog output:
Thực chất nó là một bộ biến đồi số - tương tự (DAC). Nó chuyển tín hiệu số ớ đầu vào thành tín hiệu tương tự ờ đầu ra. Dùng để điều khiển các thiết bị với dái đo tương tự. Chẳng hạn như điều khiển Van mờ với góc từ 0-100%, hay điều khiển tốc độ biến tần 0 - 5 0 H Z .
Môđune analog
Tin hiệu ra tương tự
0 - 1 0 V
4 - 20 mA
III. Nội dung thực hành
1. Chuấn bị dụng cụ thiết bị
TT Thiết bị, dụng cụ SL Ghi chú 1 - Động cơ dị bộ 01 chiác 2 - Module EM235 01 chiếc 3 - Biến tần 3G3JX 01 chiếc 4 - Bộ điều khiển PLC 01 chiếc 5 - Đồng hồ vạn năng 01 cái 6 - Dây nối, rắc cắm... 01 bộ
2. Sơ đò thực hành
- Sơ đồ mạch điện điều khiền hình 9.1
46
a
'OOCOOOOOOOCO
□□□□□□□□
f
, 0 0 0 0 0 0
CH os- » a x -
'!l 1 5
L-----*— -------1L I L I L ^ Á—ị—— 4---- -
Đâu nỗl cổ d ln ti Gain O ffset ™ 1!£ h c 3 u
Hình 2.4. Sơ đồ đấu dãy mạch điều khiến
- Chương trinh mẫu:
Chương trình chính:
47
Chương trình con
[Bien doi D/A
Network 1 Chuong trinh tinh gia tri dau ra Analog khi biet gia tri dau vao bang mot so
Y nghia cac bien :
D_Min : gia tri so nho nhat trong module Analog
D~Max : gia tri so lon nhat trong module Analog
DJn : gia tri so can bien doi thanh gia tri tuong tu (se ung voi mot gia tri dau ra analog mong muon)
A_Min : gia tri gioi han duoi cua dau ra tuong tu (Ung voi D_Min) A_Max : gia tri gioi han tren cua dau ra tuong tu (Ung voi D_Max) A_Out : gia tri mong muon cua dau ra analog (Se ung voi D_ln)
48
MOV_W
EN ENO
#Temp_l IN OUT
3. Các bước tiến hành
Ị— » #D_ln
- Kết nối mạch điện theo sơ đồ hình 4-10
- Kết nối hệ thống thuý lực theo sơ đồ hình 4-11
- Kiểm tra kỹ lại mạch.
- Bật áp tô mát nguồn.
- Bật công tắc nguồn cho PLC
- Lần lượt thao tác như sau:
+ Đấu nối chân Alt- cùa môđune EM235 với chân FC cùa biến tần 3G3JX + Đấu nối chân A- của môđune EM235 với chân FV của biến tần 3G3JX + Cài đặt biến tần theo bàng sau:
Tham
sốChức năng Dữ liệu đặt Đơn vị A001 Chọn tần số chuẩn 01 Điều chinh bằng chiết áp ngoài A002 Chọn lệnh RUN01 Điều khiển bằng các nút ấn bên ngoài
C001 Cài đặt chức năng cho đầu
vào SI 22 Đảo chiều quay
C002 Cài đặt chức năng cho đầu
vào S2 20 Start
C003 Cài đặt chức năng cho đầu
vào S3 21 Stop
c o nChọn công tắc đẩu vào cho cổng SI
co 12 Chọn công tắc đầu vào cho cổng S2
CO 13 Chọn cóng tắc đầu vào cho cồng S3
00
(01) 00
(01) 00
(01)
NO
(NC) NO
(NC) NO
(NC)
+ Lập trinh chương trình trên máy tính
+ Load chương trình xuống PLC
Thay đồi tốc độ động cơ trên PLC theo dõi và rút ra nhận xét. 50
IV. Báo cáo thực hành
Số thứ tự và tên bài.
Mục đích cùa bài thực hành.
Mô tả kết quả thực hành: Nhận xét và kết luận.
V. Câu hồi kiểm tra
Trinh bày cách cài đặt biến tần hoạt động theo chế độ điều khiển tần số bên ngoài. III CÂU HỎI ÔN TẬP
Câu 1. Theo em như thế nào là hệ thống cơ điện tử ?
Câu 2. Hãy trinh bày ứng dụng của hệ thống cơ điện tử?
Câu 3. Hãy thiết kế 1 hệ thống cơ điện từ mà em biết?
51
Chương 3
CẢM BIẾN VÀ ĐO LƯỜNG
I. GIỚI THIỆU CHUNG
1.1. Cảm biến và đo lường
Cảm biến là các phần tử nhạy càm dùng để biến đổi các đại lượng, kiểm Ưa hay điều khiền từ dạng này sang dạng khác thuận tiện hơn cho việc tác động cùa các phần từ khác. Cảm biến là một thiết bị chịu tác động của đại lượng cần đo (m) không có tính chất điện và cho một đặc trưng mang bản chất điện (điện tích, điện áp, dòng điện, trớ kháng) kí hiệu là s có s = F (m). Cảm biến thường dùng ờ khâu đo lường và kiềm tra.
Các loại càm biến được sừ dụng rộng rãi trong tự động hóa các quá trình sản xuất và điều khiển tự động các hệ thống khác nhau. Chúng có chức năng biến đổi sự thay đồi liên tục các đại lượng đầu vào.
Đo lường cảm biến: Là hệ thống được sử dụng rất phổ biến trong các sàn phẩm cơ điện từ và thường cấu tạo từ 3 thành phần:
Hình 3.1. Hệ thống đo và các thành phần
1.2. Cảm biến (Sensor)
Cảm biến (Sensor) càm nhận đại lượng đang được đo bàng cách sinh tại đầu ra của nó một tín hiệu tương ứng.
1.3. Gia công tín hiệu (signal conditioning)
Gia công tín hiệu (signal conditioning): chuyển đổi các tín hiệu từ cám biến thành trạng thái phù hợp đề hoặc hiển thị hoặc vào môđun xử lý, thực hiện xích điều khiển. Đây là khâu thu nhập, gia công tín hiệu sau các chuyền đối sơ cấp. Tín hiệu từ sensor cùa một hệ thong đo thường được xử lý theo 1 phương pháp để phù hợp với giai đoạn hoạt động tiếp theo.
52
1.4. Hệ thống hiển thị (display system)
Hệ thống hiển thị (display system): nơi tín hiệu ra từ các bộ gia công tín hiệu được thể hiện dưới dạng con số so với đơn vị đo (hiển thị số) hoặc dạng biểu đồ (hiến thị tương tự).
1.5. Bộ xử lí (Processor)
Là nơi nhận tín hiệu từ bộ phận gia công tín hiệu, ờ đây bộ xừ lý sẽ xừ lý tín hiệu cho cơ cấu hoạt động.
II. PHÂN LOẠI CẢM BIẾN
2.1. Theo dạng kích thước
STT Kích thước Các đặc tính cùa kích thích 1 Âm thanh Biên pha, phân cực, pho, tốc độ truyền sóng...
2 Điện Điện tích, dòng điện, điện thế, điện áp, điện trường (biên pha, phân cực, pho), điện dẫn, hằng
số điện môi...
3 Từ Từ trường (biên pha, phán cực, phổ), từ thông, cường độ từ trường, độ từ tham...
4 Quang Biên pha, phân cực, pho, tốc độ truyền, hệ số phát xạ, khúc xạ, hệ số hấp thụ, hệ số bức xạ...
5 Cơ Vị trí, lực. áp suất, gia tốc, vận tốc, ứng suất, độ cứng, môiniỆtJ\hoi lượng, tỳ trọng, vận tốc chất
lưu, độ nhoi 1
6 Nhiệt Nhiệt độ, thông lượng, nhiệt dung, tỳ nhiệt... 7 Bức xạ Kiều, năng lượng, cường độ...
2.2. Theo tính năng các bộ cảm biến
STT Tính năng STT Tính năng 1 Độ nhạy 8 Độ trễ
2 Độ chính xác 9 Khá năng quá tải
3 Độ phân giài 10 Tốc độ đáp ứng
4 Độ chọn lọc 11 Độ ổn định (ngắn hạn và dài hạn) 5 Độ tuyến tính 12 Tuổi thọ
6 Công suất tiêu thụ 13 Điều kiện môi trường 7 Dải tần 14 Kích thước, trọng lượng...
53
2.3. Theo phạm vi sử dụng loại cảm biến
+ Cảm biến trong công nghiệp.
+ Cảm biến trong nghiên cứu khoa học.
+ Cảm biến trong môi truờng khí tuọmg.
+ Càm biến trong thông tin viễn thông.
+ Cảm biến trong nông nghiệp.
+ Cảm biến trong dân dụng.
+ Cảm biến trong giao thông.
+ Cảm biến trong vũ trụ.
+ Cảm biến trong quan sự.
2.4. Các đại lượng ảnh hưửng
Các đại lượng ảnh hưởng hay đại lượng nhiễu là các đại lượng có thể tác động đến tín hiệu ờ đàu ra của cảm biến đồng thời với đại lượng cần đo. Bao gồm: + Áp suất, gia tốc, dao động: gây ra biến dạng và ứng suất trong một số thành phân cùa càm biến khiến tín hiệu hồi đáp bị sai lệch.
+ Độ ẩm: Làm thay đổi tính chất điện cùa vật liệu như: Hằng số điện môi, điện trờ suất.
+ Nhiệt độ: là thay đồi các đặc trưng điện, cơ và kích thước của cảm biến. + Từ trường: có thể gây nên sức điện động cảm ứng chồng lên tín hiệu có ích, làm thay đổi tính chất điện của vật liệu cấu thành cảm biến.
+ Biên độ và tần số cùa điện áp nuôi ảnh hường đến đại lượng điện đầu ra. 2.5. Giới hạn của càm biến
Bất kỳ cảm biến nào khi làm việc cũng dần được duy tri trong một phạm vi chịu đựng nhất định. Phạm vi đó thường được quyết định từ yêu cầu về khả năng không bị pha hùy và tính chính xác cùa thông số đầu ra cùa cảm biên. Rõ ràng cảm biên sẽ không thê làm việc được nữa khi nó bị phá hủy. Như đã nói ờ trên, trong quá trình làm việc, càm biến luôn chịu các tác động nhiễu từ môi trường.
Những ngưỡng giới hạn gồm:
+ Vùng làm việc danh định: Là vùng giá trị ứng với những điều kiện làm việc binh thường cùa cảm biến.
+ Vùng không nên gây hư hóng: Là vùng vượt quá ngưỡng giới hạn cùa các đại lượng đo, các đại lượng ảnh hường những vẫn chưa gây nên hư hòng cho cảm biên. + Vùng không phá hủy: Là vùng mà các đại lượng đo, đại lượng liên quan và đại lượng ảnh hường vượt ra ngoài giá trị ngưỡng cùa vùng không gây nên hu hóng nhưng vẫn còn trong vùng không phá hủy.
54
III. MỘT SÓ CẢM BIÉN SỬ DỰNG HIỆN NAY
3.1. Hệ thống điều khiển máy
+ Loại đo (sensor liên tục): đây là các loại sensor đo các biến vật lí như: vị trí, tốc độ, nhiệt độ, ánh sáng lực điện áp, dòng... và cấp đầu ra, độ lớn của biến tại một thời điểm. Các cảm biến này có thế là loại tương tự hoặc sô.
+ Loại phát hiện thành phần: các sensor phát hiện việc xảy ra của sự kiện cụ thề và biểu thị sự kiện với tín hiệu số đầu ra (ON/OFF).
3.2. Dựa trên cơ sờ các đại lượng đầu ra
Các phép đo trong cơ khí thường là đo chuyển vị tốc độ, lực áp suất, lưu lượng, nhiệt độ...
3.2.1. Cảm biến đo lực
Đo lực có thể xác định qua những đại lượng trung gian như khoảng dịch chuyển khi dùng tế bào đo lực tenxo.
3.2.2 Cảm biến đo áp suất
Thông qua biến dạng dẻo độ chênh áp tại hai phía màng ngăn (hình) đầu chặn ống nhờ một so sensor chuyển dịch
M á n g Đ iê n tr ỏ b iế n d ạ n g
á p I
Hình 3.2. Nguyên lý cùa bộ đo tốc độ
3.2.3. Cảm biến đo lưu lượng
Loại cảm biến này được sử dụng đo chất lỏng hoặc khí. Theo công nghệ đo nó được chia làm 9 nhóm chính. Trong đó, áp vi sai (differential pressure flowmeter), diện tích biến đồi (variable area flowmeter), chuyển vị dương (positive displacement flowmeter), turbin (turbin flowmeter), thuộc loại công nghệ truyền thông, dao động (oscillatry flowmeter). Khối lượng (mass flower) thuộc kỹ thuật mới hem...
Cảm biến đo mức chất lỏng có nguyên lý kiểm soát chuyển động cùa phao hoặc chênh lệch áp lực.
3.2.4. Cảm biến nhiệt
Cảm biên nhiệt ờ đây là sự thay đổi nhiệt độ dẫn đến sự giãn hoặc co vật chất rán lỏng hoặc khí, tạo nên sự thay đổi điện trờ của dây dẫn hoặc bán dẫn. Cảm biến nhiệt có thể sứ dụng nguyên lý bimatel, cảm biến nhiệt điện trờ, điện trờ nhiệt, cặp nhiệt ngẫu...
55
3.2.5. Cảm biến đo khoảng cách
Cảm biến đo khoảng cách là các sensor được sứ dụng để đo khoáng cách từ một điêm chuẩn đến vật thể. Một số công nghệ được sử dụng để phát triển các loại sensor này là ánh sáng quang học nhìn bằng máy tính, sóng cực ngắn và siêu âm. Các sensor này có thể tiếp xúc hoặc không tiếp xúc. Đa số các sensor không tiếp xúc loại này hoạt động trên cơ sở vật lý truyền sóng. Một sóng được phát tại điểm chuẩn, và thang đo được quyết định bời thời gian truyền từ điểm chuẩn đến điểm đích hoặc bởi sự giám cường độ khi sóng truyền đến đích và phàn hồi về điểm chuẩn.
3.2.6. Cảm biến nhận dạng
Càm biến nhận dạng thành phần được sử dụng để xác định tương quan giữa một vật tương đối so với khác, hoặc đạt đến một vị trí cụ thể, hoặc một vật có/ không có mặt tại vị trí cụ thể. Đó có thể là cảm biến tiếp xúc hoặc không tiếp xúc.
3.2.7. Sensor phản xạ (reflex sensor)
Hình 3.3. Cám biến phàn xạ
Sensor phàn xạ (reflex sensor) hình nhận dạng đối tượng nhờ phản xạ cùa tia khí thông qua tín hiệu áp tại cổng điều khiển, khoảng cách đến đối tượng cần được nhận dạng và áp cấp. Loại sensor này được sử dụng đề giám sát dụng cụ đột dập. Kiềm tra kho dụng cụ và đếm các chi tiết...
3.2.8. Cảm biến nhận dạng quang điện
Cảm biên nhận dạng quang điện, (photoeletric proximity sensor) sừ dụng để phát hiện một vật khi chùm ánh sáng hoặc tia hồng ngoại chiếu giữa phần phát và phần nhận bị ngắt bời vật. Loại được sử dụng để phát hiện vật ờ khoảng cách lớn, đến 1 OOm hoặc được đặt chung trong cùng một buồng. Đó là cám biến phản xạ ngược (retro-reflective sensor phát hiện đến 1 Om) và cảm biến khuếch tán (difuse sensor, phát hiện đến 2m).
Vật thể
Nguồn ánh sáng “I* Bộ tách sóng quang
Hình 3.4. Cám biến Quang nhiệt
56
BÀI TẬP THỰC HÀNH
BÀI THỰC HÀNH SỐ 10: TH ựC HÀNH Đ Ể U KHIÊN VỊ TRI s ử DỤNG ENCODER I. M ục đích
- về kiến thức
+ Trinh bày được nguyên tắc xác định vị tri sử dụng encoder.
+ Lập trình được chương trình đọc vị trí bằng PLC.
- về kỹ năng
+ Đấu nối và vận hành thành thạo mạch điều khiển.
II. Tóm tắt lý thuyết
1. Nhắc lại về Encoder
Encoder hay còn gọi là bộ mã hóa vòng quay là một thiết bị công nghiệp được sừ dụng rất phổ biến trong các nghành khoa học kỹ thuật hiện nay. Dưới đây là cấu tạo cơ bàn của một encoder:
Thành phần cơ bản của encoder bao gồm:
Light source: nguồn phát sáng - ánh sáng ờ đây là loại đơn sắc truyền thẳng thường một đèn led.
Light detector: bộ phận nhận sáng - là bộ phận phát hiện ánh sáng và biến đồi thành tín hiệu xung.
Code disk: Là một đĩa mòng trên bề mặt được đục các lỗ nhò để ánh sáng xuyên qua. M otor Shaft: Là trục quay cùa encoder thường được gắn đồng trục với phần tử đo. Tuy nhiên trên thực tế các bộ encoder không cấu tạo đơn giản như vậy. Trong công
nghiệp các encoder hiện đại được tích hợp các mạch lọc nhiễu và các bộ giài mã tín hiệu... Cho phép đo đạt một cách chính xác khoảng cách và vị trí mong muốn.
57
Btarng Htuság
AssemUi'
Hình 3.5. cắu tạo encoder thưcmg gặp trong thực té
Nguyên lý hoạt động:
Nguyên lý hoạt động cơ bản của encoder là 1 đĩa tròn quay quanh trục trên mặt đĩa. Một nguồn sáng được gắn cố định chiếu lên một mặt đĩa, khi đĩa quay phần không được khắc rãnh (code disk) sẽ chắn ánh sáng xuyên qua, phần được khắc rãnh sẽ cho ánh sáng xuyên qua. Bên kia mặt đĩa được lấp bộ phận thu nhận ánh sáng, khi có ánh sáng chiếu qua rãnh bộ phận này sẽ tiếp nhận ánh sáng và chuyền thành tín hiệu xung logic. ứ n g với mỗi lần có ánh sáng xuyên qua khe sẽ tạo thành 1 tín hiệu logic, qua việc đếm số xung logic này ta có thể xác định được vị trí hoặc khoảng cách dịch chuyển của vật thể gắn với encoder.
Bên cạnh đĩa tròn được khắc rãnh (code disk) có
Quadrature encoder pnaid a«i»ctoi «ssniDiỴ
thể di chuyển cùng với trục nguời ta thường gắn thêm một đĩa khác cố định trên bề mặt cũng có khắc rãnh (mask disk) đề che hẹp khe sáng xuyên qua giúp encoder đọc chính xác hơn.
2. Nhắc lại bộ đọc xung tốc độ cao H SC
Để đọc xuất dữ liệu từ encoder ta sứ dụng bộ đếm xung tốc độ cao (HSC) trên PLC 58
Instruction Wizard HSC
[_ ^ III]'
The selected PLC type provides the folio wing High Speed counters. Different counters support up to 12 modes of operation
Which Counter would you like to configure7
[hco 3
The High Speed C ounters mode of operation determines what d o c k and Directional inputs are used, and whether Start and Reset inputs are used W hat mode of operation would you like7
Mode Description
Single phase up/dow n counter with internal direction control. No Start input;
No Reset input.
I Nexỉ> I Cancel
Tùy từng loại PLC số lượng bộ đếm tốc độ cao HSC và chế độ lựa chọn có thể khác nhau, nhưng chỉ có 4 loại bộ đếm HSC.
HSC 1 pha dùng cho encoder đơn kênh với bít điều hướng là bít nội trong PLC. HSC 1 pha dùng cho encoder đơn kênh với bít điều hướng là các bít đầu vào thuộc vùng nhớ I bên ngoài PLC.
HSC 2 pha dùng cho encoder 2 kênh tốc độ đếm X 1.
HSC 2 pha dùng cho encoder 2 kênh tốc độ đếm X 4.
Ngoài ra với mỗi chế độ ta có thể định nghĩa thêm bit start và reset dữ liệu đếm. III. Nội dung thực hành
1. Chuẩn bị dụng cụ thiết bị
TT Thiết bị, dụng cụ Số lượng Ghi chú 1 - Động cơ 1 chiều 01 chiếc
2 - Encoder 01 chiếc
3 - Bộ điều khiển PLC 01 chiếc
4 - Đồng hồ vạn năng 01 cái
5 - Dây nối, rẳc cắm... 01 bộ
2. S ơ đè thực liànlt
- Sơ đồ mạch điện điều khiển hình 3.2:
59
- Chương trinh mẫu
Gọi chương trình đọc xung tốc độ cao từ chương trinh chính Theo LAD:
Network 1: gọi chương trình con đọc xung tốc độ cao ờ vòng quét đầu tiên N e tw o rk 1 Network Title
[Network Comment
SM0.1
I \
Theo STL:
chuong_~ EN
N e tw o rk 1 Network Title
ị Trong vòng quyét
LD SMO.1
CALL chuong_trinh_doc_xung
Symbol 1 Address 1 Comment 1 chuongjrin... SBRO SUBROUTINE COMMENTS
60
Thiết lập cho bộ đọc xung trong chương trình con:
Theo LAX):
a) Thiết lập bộ đếm
+ Cho phép ghi giá trị hiện tại mới
+ Cho phép ghi giá trị đặt mới
+ Thiết lập hướng đếm là đếm lên
+ Bít Start và Reset tác động ờ mức cao, chế độ 11, H SC 1
b) Thiết lập giá trị bộ đếm
+ Xóa giá tri bộ đếm hiện tại
+ Đặt giá trị đặt bàng 50 xung
c) Cho phép ngắt khi giá trị đếm bằng giá trị đặt
d) Bật cho phép ngắt
e) Khởi động HSC1
61
Theo STL:
I SUBROUTINE COMMENTS
N etw ork 1 Network Title
Network Comment
LD SMO . 0
MOVB 16#F8. SMB4 7
MOVD 0. SMD48
MOVD 50, SMD52
HDEF 1. 11
ATCH INT1. 13
ENI
HSC 1
Thiét lâp lai bô dém khi giá tri dêm bäng giá tri dàt trong chuong trinh ngàt Theo LAD:
+ Xóa giá tri hiên tai cùa HSC1
+ Cho phép ghi giá tri dât moi và giá tri hiên tai mói vào HSC + Bât HSC trà lai
62
Theo STL:
i n t e r r u p t r o u t in e c o m m e n t s
Network 1 Network Title
Network Comment_______________________________________________
LD SM O .0
MOVD 0 , SM D 48
MOVB 1 6 # C 0 , SMB4 7
H SC 1
3. Các bước tiến hành
- Ket nối mạch điện theo sơ đồ hình 3.2.
- Kiểm tra kỹ lại mạch.
- Bật áp tô mát nguồn.
- Bật công tắc nguồn cho PLC hoạt động.
- Lần lượt thao tác như sau:
+ Lập trinh chương trình trên máy tính
+ Load chương trinh xuống PLC
+ Khởi động động cơ
Theo dõi số vòng quay từ đó tính ra quãng đường di chuyển trên vùng nhờ tham số :ủa PLC.
IV. Báo cáo thực hành
- Số thứ tự và tên bài.
- Mục đích của bài thực hành.
- Mô tả kết quả thực hành: Nhận xét và kết luận.
V. Câu hỏi kiểm tra
Giải thích nguyên lý hoạt động của encoder
B À I T Ậ P T H ự C H À N H
tÀI THỰC HÀNH SỐ 11: T H ựC HÀNH ĐIÊU KHIÊN ỒN ĐỊNH TỐC Đ ộ ĐỘNG ơ THEO THUẬT TOÁN PID
I. Bộ điều khiển PID
Luật điều khiền PID tính toán tín hiệu điều khiển là tổng hợp cùa 3 thành phần tỷ lệ p Proprtional), tích phân I (Intergral), vi phân D (Derivative)
63
PID Đổi tượng
Hình 3.7. Mô hình bộ điểu khiển
Trong đó: y°: tín hiệu chủ đạo;
y™: tín hiệu phàn hồi từ đối tượng;
u: tín hiệu điều khiền (biến điều khiển);
y: biến được điều khiền;
d và n lần lượt là nhiễu quá trinh và nhiễu đo
Y°(s)
Y - a ,R(s)
U (S)
P(s)
N(s)
D(s)ị Y(s) »c ) 1" *
Hình 3.8. Mô hình bộ điều khiến trong miền Laplace.
Cấu trúc đơn giản nhất cùa bộ điều khiển PID:
u(t) = Kpe(t)+ Kị je(T)dx+ Tị 0
de(t) dt
Hay viết dưới dạng tương đương: u(t) = K e ( t) + ịj e ( x ) d x + T D^ Ti 0 dt
Và chuyển về dạng hàm truyền: R(s) = K 1 + —ì— + TdS I
{ T i-S J
Đây chính là cấu trúc cùa bộ điều khiển PID lý tường.
Các bộ điều khiền có thể sú dụng từng thành phần p, I, D riêng rẽ hoặc phối hợp với nhau. Theo các tài liệu thống kê thì có khoảng 60% các bộ điều khiển trong công nghiệp có cấu trúc PI, 20% có cấu trúc PID và khoảng 20% có cấu trúc p thuần tuý.
64
II. Nội dung thực hành
1. Chuẩn bị dụng cụ thiết bị
TT Thiết bị, dụng cụ Số lượng Ghi chú 1 - Động cơ dị bộ 01 chiếc 2 - Biến tần 3G3JX 01 chiếc 3 - Encoder 01 chiếc 4 - Bộ điều khiển PLC 01 chiếc 5 - Đồng hồ vạn năng 01 cái 6 - Dây nối, rẳc cắm... 01 bộ 2. S ơ đồ thực hành
Hình 3.9. Sơ đồ mạch điều khiển
Chương trình điêu khiên mâu
Chương trình chinh:
PROGRAM COMMENTS
Network 1
Giá tri toe do set cho dong 00 dal trong MD2Ũ.Khi nhan 13.5 se luu gia tri
nay MD10 de duavao khoi scaíe
network 2 xu ly
I3.5 MOV R
H I----------------EN ENO- a
MD20 IN OUT MD10
65
S cale g ia tri to e do set q u y ra g ia hi so 0 V W 5 0 (g ia tri da u v a o :0~1500
v /p h u t) da u ra V W 5 0 (0 32000)
SMO.O S R TI
H I------------E N
M D10- In pu t O ut~ V W 5 0
1500.0 ISH
0.0 ISL
32000 O S H
0 O S L
I
I3.5 T55
H I------------------IN TON
I5.0 T55 100 PT 100~
H I— I / h
15.0
k )
Network 4 Network Title
Scale gia tri set toc do 0 MD10 Ihanh dang % de xu ly trong khoi PID luu Ị kel qua vao MD16(toc do 0~1500='=>0"100%)
SMO.O S_RTR
H I-------------------EN
MD10 Input Out~ MD16
1500.0' ISH
0 0' ISL
100 0' OSH
0.0' OSL
ỊToc do set point MD16 duoi dang % dau vao toe do thuc: ACO bo PID tu I dieu chinh cho dau ra anlog AQWO
SMO.O I5.0 RDO INÍT
H — I / I---------- EN
ACO PV_I Out~ AQW0
MD16 Set~
Network 6
SM0.1 RESET
H I------------------- EN
66
67
M30.0 T37
I----------------------IN TON
+10 PT 100“
Network 12
Sau 1s T37 dong tiep diem goi chuong trinh DOSPEED de biet so xung encoder tu do suy ra toe do quay cua dong CO
Q1.0 den chop nhin cho vui de biet minh dang ban xung de lay gia tri dem encoder _________________________
Network 13
Scale toe do thuc XU ly 0 chuong trinh DPSPEED thanh dang % ghi vao ACO nen doc chuong trinh con DOSPEED de biet VD160
QO.O S RTI
H I-------- EN
VD160 Input Out~ AC0
1500.0 ISH
0.0 ISL
+32000 OSH
+0 OSL
Chương trình con DOSFEE:
Network 1
Move gia tri xung dem duoc cua HSC vao VD90
SMO.O DI R
H b - EN ENO - X
HCO IN OUT VD90
68
Network 2
Vi encoder gan thong qua 1 CO cau trung gian nen ty so truyen giua jdong CO va encoder CO 1 he so la 1 0 . 8 3 _________________ SMO.O DIV R
H I--------- EN ENO - a
VD90 IN1 OUT VD160
10.83-1 IN2
Network 3
SMO.O ■ T32
H 1---------IN TON
+ 1 0 - PT 1 ms
Network 4
T32 T37
H h r C " )
1
T32
< R )
1
M8.0
k R )
1
Chương trình con RESET :
Network 1
SMO.O V70.0
H b r ( B )
8
M30.0
< « )
1
MOV_DW
EN ENO
+ 0'
IN__ OUT VD90
M O V _ D W
+0 IN OƯT
T 3 2
- < « )
1
T 3 7
k R )
1
Chú ỷ: các chưomg trình con còn lại tạo bằng Winzard trên PLC
3. Các bước tiến hành
- Kết nối mạch điện theo sơ đồ hình 3.5.
- Kiểm tra kỹ lại mạch.
- Bật áp tô mát nguồn.
- Bật công tắc nguồn cho PLC
- Lần lượt thao tác như sau:
+ Đấu nối chân A+ của môđune EM235 với chân FC của biến tần 3G3JX + Đấu nối chân A- cùa môđune EM235 với chân FV của biến tần 3G3JX + Cài đặt biến tần theo bàng sau:
Tham số Chức năng Dữ liệu đặt Oơn vị A001 Chọn tần số chuẩn 01 Điều chinh bằng chiết áp ngoài A002 Chọn lệnh RUN 01 Điều khiển bằng các nút ấn bên ngoài
C001 Cài đặt chức năng cho đầu vào s 1 22 Đảo chiều quay C002 Cài đặt chức năng cho đầu vào S2 20 Start C003 Cài đặt chức năng cho đầu vào S3 21 Stop
C011 Chọn công tắc đầu vào cho cổng s 1 00 (01)
C012 Chọn công tắc đầu vào cho cổng S2 00 (01)
CO 13 Chọn công tắc đầu vào cho cồng S3 00 (01)
+ Lập trình chương trình trên máy tính.
+ Load chương trình xuống PLC.
Thay đổi tải trên động cơ quan sát rút ra nhận xét. V. Câu hỏi kiểm tra
Trình bày cách cài đặt biến tần 3G3JX.
70
NO
(NC) NO
(NC) NO
(NC)
C hương 4
TRUYỂN ĐỘNG c ơ KHÍ, MỐI GHÉP
. TRUYỂN ĐỘNG c ơ KHÍ
Truyền động cơ khí là một hệ gồm các chi tiết hoặc cấu trúc được liên kết bời bánh ăng, cam, trục khuỷu... để truyền chuyền động hoặc truyền lực.
1.1. Truyền động bánh răng
Bánh răng là một chi tiết cơ khí thường dùng để truyền lực và truyền chuyền động ;iữa các bộ phận trong một cỗ máy. Bánh răng có độ bền cao và có thể truyền lực đạt iệu quả tới 98%.
Bánh răng là cơ cấu được sử dụng rất phổ biến để truyền chuyển động quay tròn. ;húng được sử dụng khi cần thay đổi tốc độ hoặc mômen quay cùa thiết bị. Cơ cấu truyền động bánh răng thông thường bao gồm từ hai bánh răng trờ lên, thường ùng trong các trường hợp:
Hình 4.1: Cơ cấu truyền động bánh răng
1. Tăng tốc; 2. G iảm tốc; 3. Thay đồi hướng chuyền động
Phăn nhóm bánh răng
Dựa theo vị trí các trục truyền động:
+ Song song
+ Giao nhau
+ Chéo nhau.
71
Phăn loại bánh răng
Dựa vào cấu tạo
+ Bánh răng trụ thẳng.
+ Bánh răng trụ nghiêng.
+ Bánh răng côn.
+ Bánh vít, trục vít...
Loại bánh răng thông dụng nhất và đơn giản nhất là bánh răng trụ thẳng.
1.1.1. Trục truyền động song song - Các trục truyền động được bố trí song song nhau khi cần thay đổi tốc độ và chiều quay cùa các trục.
- Các loại bánh răng thường được sử dụng cho kiểu truyền động này bao gồm: + Bánh răng trụ thẳng.
Bánh răng trụ thảng có bộ răng song song với trục.
Do tương đối đơn giản khi thiết kế và lắp đặt nên nó là một trong những chi tiết phổ biến nhất trong các thiết kế cơ khí. Tuy nhiên, bánh răng trụ thẳng có khả năng chịu lực thấp và gây ra nhiều tiếng ồn hơn các loại bánh răng khác.
Hình 4.2: Loại bánh răng
Hình 4.3: Trục truyền động song song
Có 2 loại bánh răng trụ thẳng là răng ngoài và loại răng trong.
(a) (b)
Hình 4.4: Bánh răng trụ thắng; răng ngoài (a), răng trong (b) 72
+ Bánh răng trụ nghiêng.
Bánh răng trụ nghiêng có răng nghiêng góc so với trục, tạo ra sự tiêp xúc đông thời của nhiều răng khi truyền động, khiến nó có khả năng chịu lực cao hơn và vận hành êm hơn. Góc giữa răng và trục gọi là góc nghiêng của răng.
+ Bánh răng xương cá.
Bánh răng xương cá còn gọi là bánh răng ăn khớp chữ V, đây là bánh ràng trụ nghiêng có răng nghiêng theo hai hướng.
Hình 4.5: Bánh răng trụ nghiêng Hình 4.6: Bánh rằng xưomg cá
1.1.2. Trục truyền động giao nhau
Bộ truyền động có trục giao nhau được dùng để thay đổi hướng của trục quay với góc bất kỳ, nhưng thường là 90°.
Trong bộ truyền động này người ta thường sừ dụng bánh răng côn.
- Bánh răng côn thường có hai dạng là răng
thẳng và răng xoắn.
- Các răng của bánh răng côn răng thăng
được đặt dọc theo các đường sinh của mặt côn.
- Khi hai bánh răng côn ăn khớp, các đinh
côn trùng nhau.
- Hai bánh răng côn ăn khớp có trục vuòng
góc và có cùng kích thước gọi là các bánh răng
:ôn đinh vuông.Hình 4.7: Trục truyên động giao nhau
1.1.3. Trục truyền động chéo nhau
- Trường hợp này, các trục bánh răng thường vuông góc nhau.
- Trong bộ truyền động này, nguời ta thường sử dụng bánh răng trụ nghiêng bánh vít /à trục vít, thanh răng...
73
Bánh răng trụ nghiêng.
- Cặp bánh răng trụ nghiêng gồm bánh răng bánh răng nhỏ ăn khớp và có trục vuông góc với - Dạng bánh răng này sử dụng để thay đổi trục quay trong trường hợp truyền lực nhò.
Bánh vít và trục vít.
Bánh vít là bánh răng nghiêng, trục vít có ren hình thang nằm trẽn trục. Khi bánh răng không hoạt động, trục vít lập tức dừng chuyển động, vì vậy chúng thường được sử dụng khi cần giãm tốc nhanh.
Bánh vít hypoid.
Là bánh răng có răng nghiêng 90° với trục, dùng để đồi hướng chuyển động. Bánh vít này được dùng khi truyền lực lớn, vận hành êm.
Thanh răng và bánh răng.
Gồm bánh răng trụ thẳng ăn khớp với thanh răng thang. Thanh răng và bánh răng được dùng để biến chuyển động quay thành chuyển động thẳng.
1.1.4. Cấu tạo kỹ thuật của bánh răng
Vòng đình răng
Bề dày răng
< Chiều cao chân răng
Đường *
truyền lực
Vòng chân răng Đường hướng tâm
Chiều cao đầu răng
r = 1
Bưócrăng ^ Đinh răng
Chiều satHàm việc
Khoảng hờ
............" í
Vòng tròn chiều sâu làm việc Bề dày răng
ÉÉI I ^ - theo dây cung
Vòng tròn cơ sờ - / ^C hiều cao đình răng
Vòng tròn ăn khớp (vòng lăn) đến dây cung
Hình 4.8. Cẩu tạo kỳ thuật cùa bảnh răng
74
Profile răng
- Hầu hết răng trong bánh răng trụ thẳng có dạng profile là đường thân khai cùa đường tròn, được gọi là vòng tròn cơ sở của bánh rảng.
- Để vẽ chính xác đường thân khai cần nhiều thời gian, vì vậy khi trong bàn vẽ kỹ thuật bánh, profile răng thường được vẽ gần đúng.
Vòng tròn cơ sở
- Là vòng tròn để xây dựng profile răng. - Khi hai bánh răng ăn khớp, tiếp tuyến chung của các vòng tròn cơ sờ đi qua điểm tiếp xúc cùa các răng bánh ràng.
Góc áp lực
- Là góc giữa tiếp tuyến của đường tròn ăn khớp và phương cùa lực tác dụng. - Góc áp lực quyết định kích thước vòng tròn cơ sỏ và dạng profile răng.
- Góc áp lực tiêu chuẩn thường là 14.5°, 20°, và 25°.
- Danh mục bánh răng cũng được phân loại dựa theo số lượng ràng và góc áp lực.
Đường thân khaiVòng tròn
cơ sở
Hình 4.9. Profile răng
Đường tiếp tuyến
chung
Vòng tròn
cơ^sờ 1
Hình 4.10. Vòng tròn cơ sơ
Vòng tròn ăn khớp
Vong tròn cơ sờ
Hình 4.1 ỉ. Góc áp lực
Góc áp lực
25°
75
Hệ số truyền động
- Hệ số truyền động của các
bánh răng được tính bàng tỳ số
giữa các đường kính của các vòng
tròn ăn khớp. Tùy theo tỷ số này, ta
có dạng truyền động tăng tốc hoặc
giàm tốc.
- Hệ số truyền động còn được
tính theo tỳ số vòng quay hoặc theo
tỷ số giữa số lượng răng của
bánh răng.
- Sự truyền động và hiệu suất truyền động phụ thuộc vào kích thước, hình dáng hình học của thân răng, hướng cắt răng và cách ăn khớp răng.
- Theo hướng cắt răng, bánh răng trụ và bánh răng nghiêng có thể gọi bánh răng trụ/ bảnh răng nghiêng, răng thẳng khi thân răng được cát theo hướng thẳng trục, răng xiên khi thân ràng được cất xiên một góc so với trục và bánh răng xoắn khi thân răng được cất theo đường xoắn ốc (góc xiên răng biến thiên).
- Sự ăn khớp còn bị ảnh hường bời kích thước - hình dáng hình học và số lượng răng cùa cặp bánh ăn khớp, v ề biên dạng, thân răng có dạng chuẩn là thân khai (có thể có những biên dạng hình học đặc biệt khác). Kích thước hình học của răng phụ thuộc vào giá trị môđun (m), đại lượng quyết định chịều cao, đinh và chân răng. Sau đây là một số công thức sừ dụng trong thiết kế truyền động răng:
m = đ/z
Với:
- đ là đường kính chia;
z là số răng;
- m là đại lượng được chuẩn hóa theo ISO thường lấy theo dãy số sau: m = 1; 1,23; 1,5; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 8; 10... (min).
- Chiều cao đinh răng: ha = m
- Chiều cao chân răng: hi = 1,1 + 1,3 m
- Chiều cao răng: h = ha + hi
- Tỷ số truyền: i = (Oi/ct)2 = Z]/Z2.
Trong đó:
- Zi là sô răng của bánh răng chù động;
- z 2 là so răng cùa bánh ràng bị động;
- co 1 là tốc độ góc cùa bánh răng chủ động;
- (02 là tốc độ góc của bánh ràng bị động.
76
Truyền động bánh răng hay được sừ dụng đặc biệt trong các hộp tôc độ với: + Tỷ số truyền của hộp giảm tốc thì i < 1;
+ Tỳ số truyền của hộp tăng tốc thì i > 1.
1.1.5. Biểu diễn bánh răng
Trong thiết kế, bánh răng được lựa chọn lập dựa ừên hệ thống các tiêu chuẩn đã được quy định. Khi một bánh răng được lựa chọn, không cần thể hiện nó một cách chi tiết trên bản vẽ, chì cần biểu diễn giản lược và kèm theo một bàng các thông số kỹ thuật đặc trưng.
Bản vẽ chi tiết bánh răng chỉ sử dụng khi thiết kế bánh răng đặc biệt hay khi bánh răng thuộc các bộ phận bắt buộc phải thề hiện rõ. Bản vẽ chi tiết cũng có thể sử dụng các hình m inh hoạ từ catalog, tập quảng cáo hay các huớng dẫn sừ dụng và bảo tri sản phẩm. 'THÕNG SỐ c TAO BR LỚN BR NHỎ
SỔ RÃNG 24 12
BƯƠC RANG KINH 4 4
KIỀU RÃNG 14 1/2 NV 14 1/2 NV
CHIÉU CAO RÃNG 5393 5393
c CAOĐẢU RẢNG 3918 3923
VÒNG ÃN KHỚP 6 3
c CAO CHÂN RÃNG 3925 3925
0,10625
Hình 4.13. Biểu diễn bánh răng
* Biểu diễn bánh răng trụ thẳng
c SAU LÀM VIÊC 25 25
(a) _ (b)
Hình 4.14. Biểu diễn bánh răng trụ thẳng
(a) Bánh răng trụ thăng răng ngoài; (b) Bánh răng trụ thẳng ràng trong 77
Theo các tiêu chuẩn ANSI Y 14.5.1 -1971 và Y14.5.2-1976:
- Hình chiếu chính, vòng đinh và vòng chân được vẽ bàng đường ảo, vòng ăn khớp được vẽ nét trục.
- Ờ hình chiếu canh, vòng chân dùng nét khuất, vòng ngoài dùng nét liền đậm, và vòng ăn khớp dùng nét trục.
I
Hình 4.16. Biếu diễn cặp bánh răng trụ thắng ăn khớp
* Biểu diễn thanh răng
Theo tiêu chuẩn ANSI
- Trên hình chiếu chính, chi thể hiện răng đầu tiên và cuối cùng, các răng khác ký hiệu bàng đường ảo.
- Trên hình chiếu cạnh, chân răng biểu diễn bàng nét khuất và vòng lăn biều diễn bằng nét chấm gạch mành.
- Ghi các kích thước cơ bàn và có bảng thông số chế tạo cùa thanh răng. 78