Chương 2: Cảm biến và cơ cấu chấp hành

Chia sẻ: Nguyenhoanglong Long | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:20

Thêm vào BST

Báo xấu

998
lượt xem 512
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'chương 2: cảm biến và cơ cấu chấp hành', công nghệ thông tin, kỹ thuật lập trình phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Chương 2: Cảm biến và cơ cấu chấp hành

ÑIEÀU KHIEÅN LAÄP TÌNH PLC - MAÏNG PLC Chöông 2 – Caûm bieán vaø cô caáu chaáp haønh PHAÀN I ÑIEÀU KHIEÅN LAÄP TRÌNH (PLC) CHÖÔNG 2 CAÛM BIEÁN VAØ CÔ CAÁU CHAÁP HAØNH Chuû ñeà: Laép raùp caûm bieán Caùc loaïi caûm bieán logic vaø lieân tuïc Moät soá cô caáu chaáp haønh Muïc ñích: Naém roõ hoaït ñoäng cuûa caùc caûm bieán, cô caáu chaáp haønh vaø caùch söû duïng chuùng. Noái keát thieát bò ngoaïi vi vôùi PLC. 21
ÑIEÀU KHIEÅN LAÄP TÌNH PLC - MAÏNG PLC Chöông 2 – Caûm bieán vaø cô caáu chaáp haønh 2.1. CAÛM BIEÁN 2.1.1. Giôùi thieäu Caùc caûm bieán giuùp cho PLC phaùt hieän caùc traïng thaùi vaø ño löôøng caùc giaù trò cuûa moät quaù trình. Caûm bieán Logic chæ xaùc ñònh traïng thaùi ñuùng hay sai cuûa moät hieän töôïng vaät lyù, coøn caûm bieán lieân tuïc bieán ñoåi hieän töôïng vaät lyù thaønh caùc tín hieäu ño löôøng ñöôïc laø döôùi daïng ñieän aùp hay doøng ñieän. Caùc loaïi caûm bieán logic cô baûn thöôøng gaëp: Caûm öùng ñieän töø; Caûm öùng ñieän dung; Caûm öùng quang; Caûm bieán sieâu aâm; Tieáp xuùc cô. Caùc loaïi caûm bieán töông töï cô baûn thöôøng gaëp: Goùc quay hay vò trí; Gia toác; Nhieät ñoä; AÙp suaát hay löu löôïng; ÖÙng suaát, bieán daïng, löïc; Aùnh saùng; Haàu heát caùc caûm bieán lieân tuïc döïa treân cô sôû thuoäc tính nhaïy caûm veà ñieän cuûa caùc vaät lieäu vaø thieát bò. Keát quaû laø tín hieäu thöôøng ñoøi hoûi xöû lyù tín hieäu baèng caùch khueách ñaïi doøng hay aùp ñeå ñaït ñöôïc ngöôõng doøng vaø aùp thích hôïp. Ñoâi khi, caùc caûm bieán lieân tuïc cuõng ñöôïc goïi laø caùc boä chuyeån ñoåi (Transducer). Bôûi vì chuùng chuyeån ñoåi hieän töôïng vaøo thaønh hieän töôïng ra döôùi daïng khaùc , chaúng haïn nhö :” aùp suaát – ñieän aùp”. 2.1.2. Caûm bieán Logic Khi caûm bieán phaùt hieän söï thay ñoåi traïng thaùi vaät lyù cuûa ñoái töôïng thì seõ truyeàn tín hieäu ñeán PLC döôùi daïng ñieän aùp hay doøng ñieän. ñaàu ra töø caûm bieán (ñaàu vaøo cuûa PLC) thöôøng laø transistor maéc theo kieåu NPN (goïi laø sinking) hình 2.1 hoaëc PNP (goïi laø sourcing), Hình 2.2. Hình 2.1 – Kieåu NPN (Sinking) 22
ÑIEÀU KHIEÅN LAÄP TÌNH PLC - MAÏNG PLC Chöông 2 – Caûm bieán vaø cô caáu chaáp haønh Hình 2.2 – Kieåu PNP (Sourcing) Giao tieáp ñaàu vaøo cuûa PLC ñoái vôùi Sinking sensor ñöôïc theå hieän nhö hình 2.3 vaø ñoái vôùi Sourcing sensor nhö hình 2.4. Hình 2.3 – Ngoõ vaøo PLC cho Sinking sensor Hình 2.4 – Ñaàu vaøo PLC cho Sourcing sensor 23
ÑIEÀU KHIEÅN LAÄP TÌNH PLC - MAÏNG PLC Chöông 2 – Caûm bieán vaø cô caáu chaáp haønh Noái daây laø moái quan taâm chính trong caùc öùng duïng ñieàu khieån PLC, vì vaäy ñeå giaûm thieåu soá daây noái, caûm bieán hai daây trôû neân thònh haønh. Caûm bieán hai daây döôïc moâ taû ôû hình 2.5. 2.1.2.1. Coâng taéc töø Coâng taéc töø laø raát gioáng vôùi rôø le, chæ khaùc ôû choã laø nam chaâm vónh cöûu thay baèng Ngoõ vaøo PLC cho Sourcing sensor Ngoõ vaøo PLC cho Sinking sensor Hình 2.5 – Laép caûm bieán 2 daây cuoän daây. Khi nam chaâm ra xa thì coâng taéc hôû, nhöng khi nam chaâm ñöôïc mang ñeán gaàn hôn thì coâng taéc ñoùng laïi, moâ taû treân hình 2.6. Coâng taéc naøy thöôøng ñöôïc söû duïng cho cöûa vaø maøn hình an toaøn. Nam chaâm Hình 2.6 – Coâng taéc töø Ví duï coâng taéc töø duøng trong giôùi haïn haønh trình cuûa xy lanh khí neùn. Hình 2.7. 1. Nam chaâm vónh cöûu 1 1 a) Chöa caûm öùng b) Ñaõ caûm öùng Hình 2.7 Caûm öùng töø pittoâng khí neùn 24
ÑIEÀU KHIEÅN LAÄP TÌNH PLC - MAÏNG PLC Chöông 2 – Caûm bieán vaø cô caáu chaáp haønh 2.1.2.2. Caûm bieán quang Caûm bieán quang goàm boä phaùt vaø boä thu aùnh saùng. Boä phaùt seõ taïo ra tia saùng naèm trong phoå thaáy ñöôïc hoaëc khoâng thaáy baèng ñeøn LED hoaëc ñi oát laser. Boä thu ñöôïc laøm baèng caùc ñi oát quang hay transistor quang. Boä thu vaø boâ nhaän coù theå boá trí thaønh moät khoái hoaëc taùch rôøi tuøy theo yeâu caàu söû duïng. Caûm bieán quang cô baûn ñöôïc moâ taû ôû hình 2.8. Hình 2.8 – Nguyeân taéc cô baûn cuûa caûm bieán quang 2.1.2.3. Caûm nhaän xuyeân tia Caûm nhaän xuyeân tia laø boä thu vaø boä phaùt naèm ñoái dieän nhau. Nguyeân taéc xuyeân tia Ví duï: phaùt hieän gaõy muõi dao caét 2.1.2.4. Loaïi phaûn xaï aùnh saùng Boä phaùt vaø thu aùnh saùng ñöôïc ñaët trong moät choã vaø coù moät göông phaûn xaï boá trí phía ñoái dieän. Nguyeân taéc phaûn xaï Ví duï: ñeám saûn phaåm 25
ÑIEÀU KHIEÅN LAÄP TÌNH PLC - MAÏNG PLC Chöông 2 – Caûm bieán vaø cô caáu chaáp haønh 2.1.2.5. Loaïi khueách taùn aùnh saùng Loaïi naøy haïn cheá khaû naêng phaùt hieän vaät theå do aùnh saùng bò phaân taùn khi gaëp ñoái töôïng. Nguyeân taéc phaân taùn Phaùt hieän traïng thaùi saûn phaåm 2.1.2.6. Caûm bieán töø Caûm bieán töø laø bieán ñoåi töø tröôøng sang ñieän aùp. Nguyeân taéc ñöôïc moâ taû hình 2.9. Tham khaûo ôû Baøi giaûng Ñieàu khieån khí neùn & thuûy löïc. Hình 2.9 – Sô ñoà nguyeân lyù 2.1.2.7. Caûm bieán ñieän dung 26
ÑIEÀU KHIEÅN LAÄP TÌNH PLC - MAÏNG PLC Chöông 2 – Caûm bieán vaø cô caáu chaáp haønh Caûm bieán ñieän dung phaùt hieän haàu heát caùc loaïi vaät lieäu ôû khoaûng caùch vaøi cm.Caûm bieán ñieän dung bieán ñoåi ñieän dung sang ñieän aùp. Nguyeân taéc ñöôïc moâ taû hình 2.10. Hình 2.10 - Sô ñoà nguyeân lyù Tham khaûo ôû Baøi giaûng Ñieàu khieån khí neùn & thuûy löïc. 2.1.2.8. Caûm bieán sieâu aâm Nguyeân taéc laø döïa treân quaù trình phaùt vaø phaûn hoài cuûa soùng aâm thanh giöõa ñoái töôïng vaø boä phaän nhaän. Taàn soá soùng aâm thanh thöôøng treân ngöôõng nghe ñöôïc laø 16KHz. Ví duï: hình beân laø saép xeáp kích thöôùc theo ñoä cao khaùc nhau. 2.1.3. Caûm bieán töông töï Caûm bieán töông töï bieán ñoåi traïng thaùi vaät lyù cuûa ñoái töôïng thaønh tín hieäu ñieän aùp hay doøng ñieän. Phaàn naøy chæ ñeà caäp ñeán moät soá caûm bieán thöôøng duøng phoå bieán trong coâng nghieäp. 2.1.3.1. Chuyeån vò goùc – chieát aùp Caùc chieát aùp ño löôøng vò trí quay cuûa truïc söû duïng gioáng nhö moät bieán trôû vaø ñöôïc moâ taû hình 2.11. Hình 2.11-Chieát aùp 27
ÑIEÀU KHIEÅN LAÄP TÌNH PLC - MAÏNG PLC Chöông 2 – Caûm bieán vaø cô caáu chaáp haønh Chieát aùp moâ taû ôû hình 2.12 laø moät boä chia ñieän aùp, khi caøng gaït xoay thì ñieän aùp ra cuûa noù tæ leä vôùi goùc xoay töông öùng. Chieát aùp laø phoå bieán vì giaù thaønh reõ, khoâng caàn caùc ñieàu khieån xöû lyù tín hieäu ñaëc bieät. Nhöng chuùng bò giôùi haïn veà ñoä chính xaùc, thöôøng khoaûng 1% vaø hao moøn cô hoïc. Hình 2.12 - Boä chia ñieän aùp 2.1.3.2. Thieát bò maõ hoùa (Encoder) Boä giaûi maõ tuyeät ñoái ( Absolute Encoder ) : Laø loaïi thieát bò maõ hoùa maø caùc tín hieäu maõ ñaàu ra song song ñeå chæ thò goùc quay tuyeät ñoái cuûa truïc. Loaïi naøy khoâng caàn boä ñeám ñeå ñieám xung maø vaãn coù theå bieát goùc quay cuûa truïc thieát bò maõ hoùa. Cuõng gioáng nhö nhieàu loaïi Encoder khaùc, boä giaûi maõ tuyeät ñoái goàm moät ñóa troøn, treân ñoù coù nhöõng khoaûng trong suoát vaø ñuïc. Aùnh saùng coù theå xuyeân qua nhöõng phaàn trong suoát ñeán boä caûm bieán quang ( Photo transistor ), khi ñóa quay thì boä caûm bieá baät leân 1 vaø phaàn aùnh saùng bò chaën bôûi nhöõng phaàn ñuïc laøm caûm bieán quang xuoáng 0. Nhö vaäy caûm bieán quang seõ taïo thaønh nhöõng xung tuaàn töï: Khi thieát bò maõ hoùa naøy ñöôïc söû duïng vôùi cuøng moät thieát bò khaùc, thì vò trí 0 cuûa truïc xem nhö goùc toïa ñoä. Khi truïc cuûa thieát bò maõ hoùa quay veà toïa ñoä goùc naøy thì goùc quay coù theå ñöôïc hieån thò treân boä chæ thò cuûa maùy. Tín hieäu ñaàu ra cuûa thieát bò maõ hoùa khoâng bò aûnh höôûng bôûi nhieãu cuûa thieát bò ñoùng, ngaét vaø khoâng yeâu caàu ñieàu chænh goùc quay chính xaùc. Hôn nöõa, thaäm chí neáu tín hieäu maõ hoùa ñaàu ra khoâng theå ñoïc vì truïc quay quaù nhanh, thì goùc quay chính xaùc ñöôïc ghi khi toác ñoä quay giaûm xuoáng, hoaëc ngay khi nguoàn cho thieát bò maõ hoùa bò ngaét. Theâm nöõa, maõ hoùa seõ khoâng hoaït ñoäng do söï rung ñoäng cuûa caùc thieát bòsöû duïng noù. Loaïi thieát bò maõ hoùa tuyeät ñoái, coù ñoä phaân giaûi cao hôn vaø cho ra caùc giaù trò thay ñoåi trong phaïm vi roäng hôn so vôùi thieát bò maõ hoùa taêng daàn ( Incremental Encoder ). Thieát bò maõ hoùa taêng daàn ( Incremental Encoder ) : Laø loaïi thieát bò maõ hoùa coù daõy xung ra phuø hôïp vôùi goùc cuûa truïc quay. Thieát bò maõ hoùa naøy khoâng coù xung ra khi truïc khoâng laøm vieäc. Do ñoù caàn coù moät boä ñeáám ñeå xung ra. 28
ÑIEÀU KHIEÅN LAÄP TÌNH PLC - MAÏNG PLC Chöông 2 – Caûm bieán vaø cô caáu chaáp haønh Thieát bò maõ hoùa cho bieát vò trí cuûa truïc quay baèng soá xung ñöôïc ñeám. Daïng thieát bò maõ hoùa naøy chæ coù 1 hay 2 keânh ngoõ ra : +Loaïi 1 chieàu ( chæ coù ñaàu keânh A ) laø loaïi chæ sinh ra xung khi truïc quay. +Loaïi 2 chieàu ( coù ñaàu ra keânh A vaø B ) cuõng coù theå cho bieát chieàu cuûa truïc quay, nghóa laø thuaän chieàu kim ñoàng hoà. Ngoaøi ra coøn coù ñaàu daây trung tính ( xung Z ) cho moãi voøng quay, coù nghóa laø neáu quay ñöôïc 1 voøng thì xung Z leân 1. -Khi ñóa quay theo chieàu kim ñoàng hoà thì xung track 1 (B) treã pha hôn xung track 2 (A). -Ngöôïc laïi, khi ñóa quay ngöôïc chieàu kim ñoàng hoà thì xung track 1 (B) nhanh pha hôn xung track 2 (A). *Quay thuaän chieàu kim ñoàng hoà : Quay thuaän chieàu kim ñoàng hoà Quay ngöôïc chieàu kim ñoàng hoà Ñaàu A vöôït quaù B ( ñoä leäch pha ) = 90 +- 45 (T/4 +- T/8) *Quay ngöôïc chieàu kim ñoàng hoà : Ñaàu ra A chaäm so vôùi B. Ñoái vôùi thieát bò maõ hoùa 2 chieàu thì ngöôøi ta söû duïng 2 ñaàu ra song song ñeå xaùc ñònh truïc quay theo chieàu kim ñoàng hoà(CCW) döïa treân ñoä leäch pha cuûa ñaàu ra A vaø B. Maëc duø ñoä leäch pha lyù töôûng90 +- 0 song sai soá cho pheùp ñeán +-45. Ngoaøi ra coøn coù xung chuaån ôû ñaàu ra cho moãi voøng quay cuûa truïc thieát bò, chöùc naêng chæ thò 0 naøy cuøng vôùi thieát bò maõ hoùa daïng soá ñöôïc duøng ñeå ñaët taïi ñieåm 0 cuûa moät boä ñeám noái beân ngoaøi hoaëc traïng thaùi nghæ cuûa boä nhaän bieát vò trí. Encoder daïng Absolute: Encoder daïng Absolute coù ngoõ ra laø tín hieäu ñöôïc maõ hoaù nhò phaân. Beân trong Encoder bao goàm moät dóa troøn beân treân coù Caûm bieán khaéc caùc vaïch trong suoát vaø caùc vaïch toái xen keõ theo ñöôøng troøn ñoàng taâm. Tuyø theo ñoä Caáu taïo dóa quang trong Absolute Encoder phaân giaûi cuûa Encoder maø soá ñöôøng troøn ñoàng taâm ñoù nhieàu hay ít. 29
ÑIEÀU KHIEÅN LAÄP TÌNH PLC - MAÏNG PLC Chöông 2 – Caûm bieán vaø cô caáu chaáp haønh Xeùt treân moät ñöôøng vaïch troøn, moät diode phaùt quang seõ phaùt chuøm tia ñi xuyeân qua caùc vaïch trong suoát vaø bò chaën laïi ôû nhöõng vaïch toái. Beân kia maët ñóa, song song vôùi diode phaùt laø moät diode thu coù nhieäm vuï nhö moät caûm bieán, ghi nhaän caùc tín hieäu do diode phaùt ñöa tôùi. Coù bao nhieâu ñöôøng vaïch troøn thì coù baáy nhieâu diode thu tín hieäu. Caùc tín hieäu ñoïc ñöôïc töø diode thu seõ ñöôïc ñöa ra ngoaøi döôùi daïng tín hieäu ñieän. Caùc tín hieäu ñieän naøy seõ coù daïng maõ nhò phaân phaûn aûnh vò trí cuûa truïc quay Encoder. Thoâng thöôøng ñeå deã daøng trong cheá taïo ngöôøi ta maõ hoaù caùc vaïch trong suoát vaø vaïch toái theo maõ Gray vì vaäy ñeå öùng duïng ñöôïc trong caùc heä thoáng söû duïng maõ Binary thì ta phaûi coù chöông trình chuyeån ñoåi töø maõ Gray sang maõ Binary. Moät öu ñieåm nöa cuûa maõ Gray laø ôû moãi vò trí keá nhau thì chæ coù moät bit ñöôïc thay ñoåi, do ñoù sai soá ôû ngoõ ra chæ coù theå toái ña laø moät ñôn vò. Coøn ôû maõ Binary thì coù theå gaây sai soá lôùn vì khi thay ñoåi vò trí thì coù theå chæ coù moät bit coù troïng soá cao ñöôïc thay ñoåi coøn caùc bit treân haøng khaùc chöa kòp thay ñoåi. Encoder loaïi Incremental: Encoder loaïi Incremental coù ít keânh ngoõ ra hôn loaïi Absolute, vì theá caáu taïo cuûa noù ñôn giaûn hôn. Treân beà maët dóa troøn beân trong Encoder coù hai ñöôøng troøn ñoàng taâm. Moãi ñöôøng coù caùc vaïch trong suoát vaø caùc vaïch toái xen keõ nhau. Cuõng nhö loaïi Absolute Encoder, diode phaùt quang seõ A phaùt tín hieäu ñi xuyeân qua vaïch trong B suoát ñeán diode thu. Hai diode thu naøy seõ chuyeån ñoåi thaønh tín hieäu ñieän vaø ñöa ra ngoaøi. Vò trí caùc vaïch trong suoát cuûa hai Caûm bieán quang ñöôøng leäch nhau moät goùc 90 0 vaø döïa Caáu taïo dóa quang trong Incremental Encoder vaøo goùc leäch pha giöõa hai tín hieäu ra laø sôùm pha hay treã pha maø ta xaùc ñònh chieàu quay laø thuaän hay nghòch. Daïng xung ngoõ ra : A B Quay theo chieàu thuaän A B Quay theo chieàu nghòch 30
ÑIEÀU KHIEÅN LAÄP TÌNH PLC - MAÏNG PLC Chöông 2 – Caûm bieán vaø cô caáu chaáp haønh 2.1.3.4. Chuyeån vò daøi Chieát aùp xoay ñaõ ñöôïc thaûo luaän ôû treân, nhöng chieát aùp cuõng coù theå duøng trong daïng daøi hay tröôït. Nhöõng loaïi naøy coù khaû naêng ño löôøng chuyeån vò daøi theo khoaûng caùch. Hình 2.13 moâ taû ñieän aùp ra khi söû duïng chieát aùp nhö boä chia ñieän aùp. Chieát aùp tröôït coù nhöõng öu vaø khuyeát ñieåm nhö chieát aùp xoay. Hình 2.13 – Chieát aùp chuyeån vò daøi 2.1.3.5. Boä ño vaän toác goùc (Tachometer) Boä ño toác ñoä goùc quay ño löôøng vaän toác goùc cuûa truïc quay. Kyõ thuaät phoå bieán laø gaén nam chaâm treân truïc quay. Khi nam chaâm di chuyeån qua loõi caûm bieán coá ñònh, doøng ñieän ñöôïc sinh ra. Moãi voøng xoay cuûa truïc taïo ra moät xung ñieän aùp, hình 2.14. Hình 2.14 – Ño vaän toác goùc 2.1.3.6. Caûm bieán löïc vaø momen 2.1.3.6.1. Mieáng ño bieán daïng (Strain gage) Strain gages ño löôøng bieán daïng ôû caùc vaät lieäu söû duïng thay ñoåi ñieän trôû cuûa daây daãn. Daây ñieän trôû ñöôïc daùn treân beà maët cuûa vaät theå bò bieán daïng. Hình 2.15 moâ taû caùc thuoäc tính cô baûn cuûa moät daây daãn khoâng bò bieán daïng. Nhö ta ñaõ bieát, ñieän trôû cuûa daây daãn laø moät haøm cuûa ñieän trôû suaát, chieàu daøi vaø tieát dieän ngang cuûa daây daãn. Sau khi daây daãn ñaõ bò bieán daïng, noù seõ taïo ra kích thöôùc vaø ñieän trôû môùi nhö moâ taû hình 2.16. Neáu löïc ñöôïc taùc duïng thì daây daãn bò giaõn daøi hôn ( töông öùng laø moâ ñun ñaøn 31
ÑIEÀU KHIEÅN LAÄP TÌNH PLC - MAÏNG PLC Chöông 2 – Caûm bieán vaø cô caáu chaáp haønh hoài), nhöng tieát dieän ngang cuûa noù nhoû laïi ( töông öùng heä soá Poison). Ta coù bieán thieân ñieän trôû ñöôïc tính nhö döôùi ñaây. Hình 2.15 - Caùc thuoäc tính cuûa daây daãn ñieän Hình 2.16 - Tính chaát cô – ñieän cuûa daây daãn bò bieán daïng module 32
ÑIEÀU KHIEÅN LAÄP TÌNH PLC - MAÏNG PLC Chöông 2 – Caûm bieán vaø cô caáu chaáp haønh 2.1.3.7. Caûm bieán aùp suaát vaø chaát loûng Caûm bieán aùp suaát ñeå ño aùp suaát cuûa doøng löu chaát, caûm bieán löu löôïng ño toác ñoä cuûa doøng chaûy qua moät tieát dieän naøo ñoù. Tín hieäu ra cuûa caûm bieán thöôøng laø ñieän aùp vôùi giaù trò raát beù. Do ñoù ngöôøi ta phaûi khueách ñaïi tín hieäu roài môùi ñöa vaøo boä ñieàu khieån. Hình 2.17 – Chuyeån ñoåi aùp suaát Hình 2.18 – Van venturi 2.1.3.8. Caûm bieán aùnh saùng Caûm bieán aùnh saùng thaät chaát laø quang trôû (LDR –Light Dependant Resistor hay Photoresistor) coù ñieän trôû thay ñoåi theo cöôøng ñoä aùnh saùng chieáu vaøo, ñieän trôû cao khi saùng choùi sang ñieän trôû thaáp khi toái. Hình 2.19 moâ taû maïch phaùt hieän cöôøng ñoä aùnh saùng. 2.1.3.9. Caûm bieán nhieät Ño löôøng nhieät ñoä laø raát phoå bieán trong heä thoáng ñieàu khieån. Taàm nhieät ñoä thöôøng ñöôïc moâ taû vôùi caùc phaân loaïi sau: 2.1.3.9.1. Boä doø nhieät trôû (RTD – Resistance Temperature Device) Hình 2.19 - Maïch phaùt hieän Khi daây kim loaïi bò ñoát noùng thì ñieän trôû taêng. Neân cöôøng ñoä saùng nhieät ñoä coù theå ñöôïc ño löôøng baèng caùch söû duïng ñieän trôû cuûa daây daãn. 33
ÑIEÀU KHIEÅN LAÄP TÌNH PLC - MAÏNG PLC Chöông 2 – Caûm bieán vaø cô caáu chaáp haønh 2.1.3.9.2. Caëp nhieät ngaãu Döïa treân nguyeân taéc, moãi kim loaïi ñeàu coù moät möùc ñieän theá töï nhieân, vaø khi hai kim loaïi khaùc nhau chaïm vôùi nhau thì coù moät söï khaùc nhau raát nhoû veà ñieän theá ñoù laø ñieän aùp. 2.2. CÔ CAÁU CHAÁP HAØNH Cô caáu chaáp haønh ñeå truyeàn ñoäng caùc cô caáu cô khí. Haàu heát cô caáu naøy chuyeån ñoåi ñieän naêng thaønh cô naêng. 2.2.1. Solenoid vaø Rôø le Solenoid laø caùc thaønh phaàn chaáp haønh phoå bieán nhaát. Nguyeân taéc hoaït ñoäng cô baûn laø loõi saét töø di chuyeån beân trong cuoän daây ñöôïc moâ taû hình 2.21. Hình 2.21- Hoaït ñoäng cuûa Solenoid 2.2.2. Ñoäng cô ñieän Ñoäng cô ñieän laø thieát bò bieán ñoåi ñieän naêng thaønh cô naêng. Bao goàm caùc loaïi thöôøng söû duïng sau: 2.2.2.1. Ñoäng cô DC Ñoäng cô DC ñöôïc duøng raát phoå bieán trong kyõ thuaät ñieàu khieån. Nguyeân taéc hoaït ñoäng cuûa ñoäng cô moâ taû ôû hình 2.22. Hình 2.22-Hoaït ñoäng cuûa ñoäng cô DC 34
ÑIEÀU KHIEÅN LAÄP TÌNH PLC - MAÏNG PLC Chöông 2 – Caûm bieán vaø cô caáu chaáp haønh Thay ñoåi toác ñoä quay cuûa ñoäng cô thöôøng söû duïng phöông phaùp ñieàu roäng xung (PWM) bôûi vì noù taïo ra ñieän aùp thay ñoåi hieäu quaû. Taàn soá soùng vuoâng ñieàu cheá thöôøng treân 20KHz, treân taàm nghe cuûa con ngöôøi. Phöông phaùp ñöôïc moâ taû treân hình 2.23. Hình 2.23-Bieåu ñoà ñieàu roäng xung Ví duï: duøng ñieàu cheá ñoä roäng xung ñeå ñieàu khieån ñoäng cô DC, hình 2.24. Hình 2.24 – Ñieàu khieån toác ñoäng cô 2.2.2.2. Ñoäng cô ñoàng boä AC Ñoäng cô ñoàng boä AC coù theå laø 1 pha vaø 3 pha. Ta coù theå thay ñoåi toác ñoä cuûa chuùng baèng caùc boä ñieàu toác nhö laø boä bieán taàn. 2.2.3. Ñoäng cô böôùc Ñoäng cô böôùc ñöôïc thieát keá cho vò trí. Moät böôùc töông öùng vôùi moät goùc naøo ñoù trong moät voøng quay, thöôøng ngöôøi ta caên cöù vaøo kích côû goùc cuûa böôùc ñeå xaùc ñònh soá böôùc. Chaúng haïn: 0.72,1.8, 2, 2.5, 5,15 vaø 30 ñoä. Coù hai loaïi ñoäng cô böôùc cô baûn, ñôn cöïc (Unipolar) vaø ñoâi cöïc (Bipolar), ñöôïc moâ taû nhö hình 2.25. 35
ÑIEÀU KHIEÅN LAÄP TÌNH PLC - MAÏNG PLC Chöông 2 – Caûm bieán vaø cô caáu chaáp haønh Hình 2.25- Moâ taû caáu taïo ñoäng cô böôùc Tuaàn töï ñieàu khieån ñoäng cô böôùc Hình 2.26 - Ñoäng cô ñôn cöïc 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 Hình 2.27 - Ñoäng cô hai cöïc 36
ÑIEÀU KHIEÅN LAÄP TÌNH PLC - MAÏNG PLC Chöông 2 – Caûm bieán vaø cô caáu chaáp haønh BAØI TAÄP CHÖÔNG 2 Baøi 1. Veõ noái keát caàn thieát cuûa caùc thieát bò vaøo vaø ra vôùi PLC ñöôïc moâ taû döôùi. Ñaàu ra bao goàm moät ñeøn 24Vdc, moät ñeøn 120Vac. Ñaàu vaøo bao goàm 2 nuùt nhaán NO vaø moät caûm bieán quan coù caû hai ngoõ ra laø NPN, PNP. Baøi 2. Veõ ñöôøng daây noái keát nguoàn cung caáp vaø caûm bieán loaïi PNP vôùi ngoõ vaøo PLC ñöôïc cho hình döôùi. Baøi 3. Veõ ñöôøng daây noái keát caùc thaønh phaàn ñaàu vaøo döôùi ñaây vôùi PLC. 3 nuùt nhaán thöôøng hôû 1 relay nhieät 3 caûm bieán sinking 1 caûm bieán sourcing 37
ÑIEÀU KHIEÅN LAÄP TÌNH PLC - MAÏNG PLC Chöông 2 – Caûm bieán vaø cô caáu chaáp haønh Baøi 4. Moät PLC coù 8 ngoõ vaøo Transistor ñieän aùp 10-28Vdc vaø 4 ngoõ ra laø relay. Noù ñöôïc noái keát vôùi caùc thieát bò lieät keâ döôùi. Veõ noái daây cuûa chuùng. • Two inductive proximity sensors with sourcing and sinking outputs. • A NO run button and NC stop button. • A 120Vac light. • A 24Vdc solenoid. Baøi 5. Veõ moät heä thoáng thuûy löïc ñôn giaûn seõ ñaåy vaø giaät luøi xylanh ñöôïc noái keát vôùi ngoõ ra PLC. Baøi 6. Moät ñoäng cô ñieän coù gaén moät caûm bieá n goùc quay treân truïc. Ñoäng cô truyeàn ñoäng cho hoäp giaûm toác coù tæ soá truyeàn 50:1. Neáu vò trí dòch chuyeån cuûa truïc giaûm toác ñöôïc xaùc ñònh ñeán 0.1o thì caûm bieán goùc quay caàn bao nhieâu xung trong moät voøng quay. Baøi 7. Moät chieát aùp ñöôïc söû duïng ñeå ño löôøng vò trí khaâu quay robot (boä chia ñieän aùp). Nguoàn cung caáp cho chieát aùp laø 5.0 V vaø goùc laøm vieäc cuûa chieát aùp (goùc xoay) laø 300o. Tay caàn gaït chieát aùp ñöôïc gaén tröïc tieáp vaøo khôùp xoay. a) Ñieän aùp ra cuûa chieát aùp öùng vôùi vò trí cuûa khôùp xoay robot ôû 42o laø bao nhieâu? b) Neáu khôùp xoay vaø ñieän aùp ra chieát aùp laø 2.765V thì vò trí cuûa caàn xoay chieát aùp laø theá naøo? Baøi 8. Moät ñoäng cô böôùc ñöôïc duøng ñeå daãn ñoäng moät trong ba truïc cuûa robot heä toïa ñoä ñeàcaùt. Ñaàu truïc ra cuûa ñoäng cô ñöôïc noái vôùi truïc vít vôùi böôùc vít laø 0.125”. Mong muoán cuûa heä thoáng ñaït ñöôïc ñoä phaân giaûi laø 0.025”. a) Ñeå ñaït ñöôïc mong muoán naøy thì ñoä phaân giaûi cuûa ñoäng cô böôùc laø bao nhieâu(xung/voøng) b) Xaùc ñònh soá xung ñeå ñieàu khieån cho khôùp (truïc vít vaø ñai oác) tònh tieán vôùi vaän toác 3.0”/sec. 38
ÑIEÀU KHIEÅN LAÄP TÌNH PLC - MAÏNG PLC Chöông 2 – Caûm bieán vaø cô caáu chaáp haønh Baøi 9. Vôùi ñoäng cô böôùc ñöôïc moâ taû ôû baøi 9, chuoãi xung ñöôïc phaùt ra töø boä ñieàu khieån robot. a) Ñeå ñoäng cô quay ñuû 5 voøng tua thì caàn bao nhieâu xung ñieàu khieån? b) Neáu quay ñoäng cô vôùi toác ñoä 25voøng/phuùt thì boä ñieàu khieån robot phaùt ra bao nhieâu xung? Baøi 10. Moät ñoäng cô böôùc ñöôïc duøng ñeå taùc ñoäng khôùp tay maùy trong öùng duïng nhaác vaø ñaët caùc khoái löôïng nheï. Goùc böôùc cuûa ñoäng cô laø 10o. Vôùi moãi xung ñöôïc phaùt töø chuoãi xung cuûa boä ñieàu khieån thì ñoäng cô quay ñöôïc moät khoaûng caùch töông öùng laø moät goùc böôùc. a) Ñoä phaân giaûi cuûa ñoäng cô böôùc laø bao nhieâu? b) Caàn bao nhieâu xung ñeå ñoäng cô xoay ñuû 3 voøng tua? Neáu quay ñoäng cô vôùi toác ñoä 25voøng/phuùt thì boä ñieàu khieån robot phaùt ra bao nhieâu xung? 39
ÑIEÀU KHIEÅN LAÄP TÌNH PLC - MAÏNG PLC Chöông 2 – Caûm bieán vaø cô caáu chaáp haønh Taøi lieäu tham khaûo: [1]. Robert N.Bateson, “Introduction To Control System Technology” Maxwell Macmillan International Editions. [2]. Sabrie Soloman, “Sensors and Control System in Manufacturing” McGraw-Hill,Inc. [3]. “Learnning System for Automation”, Catalogue FESTO [4]. “Sensor for handling and processing technology” Textbook of FESTO [5]. Michael B.Histand and David G.Alciatore, “Introduction to Mechatronics and Measurement System” McGraw-Hill,Inc. [6]. Nguyeãn Hoàng Thaùi, “Phaàn töû töï ñoäng trong heä thoáng ñieän” Nhaø Xuaát Baûn Khoa Hoïc vaø Kyõ Thuaät [7]. Leâ Vaên Tieán Duõng, “Ñieàu khieån khí neùn & thuûy löïc” Tröôøng Ñaïi hoïc Kyõ thuaät Coâng ngheä Tp.HCM, naêm 2003. [8]. George R.Dean, “Analog and Digital Control Systems” DeVry Inc. 40