Giáo trình Lắp đặt, vận hành hệ thống cơ điện tử (Nghề: Cơ điện tử - Trung Cấp) - Trường Cao đẳng Cơ giới (2019)

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:248

Thêm vào BST

Báo xấu

15
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mô đun "Lắp đặt, vận hành hệ thống cơ điện tử" này cung cấp cho học viên kiến thức cơ bản về các thành phần cơ bản của các hệ thống cơ điện tử, bao gồm các cảm biến, bộ điều khiển và các thiết bị tự động. Học viên sẽ được hướng dẫn cách lắp đặt các thành phần này và kết nối chúng với nhau để tạo thành các hệ thống hoạt động.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Lắp đặt, vận hành hệ thống cơ điện tử (Nghề: Cơ điện tử - Trung Cấp) - Trường Cao đẳng Cơ giới (2019)

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ GIỚI GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN: LẮP ĐẶT, VẬN HÀNH HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ NGHỀ: CƠ ĐIỆN TỬ TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP Ban hành kèm theo Quyết định số:... /QĐ-CĐCG ngày ... tháng ... năm 2019 của Hiệu trưởng trường Cao đẳng cơ giới. Quảng Ngãi, năm 2019 (Lưu hành nội bộ) 1
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. 2
LỜI GIỚI THIỆU Lắp đặt, vận hành hệ thống cơ điện tử là một trong những Mô đun cơ sở được biên soạn dựa trên chương trình khung, chương trình dạy nghề do Bộ Lao động- Thương binh và Xã hôi và Tổng cục dạy nghề ban hành dành cho hệTrung cấp nghề Cơ điện tử Mô đun này cung cấp cho học viên kiến thức cơ bản về các thành phần cơ bản của các hệ thống cơ điện tử, bao gồm các cảm biến, bộ điều khiển và các thiết bị tự động. Học viên sẽ được hướng dẫn cách lắp đặt các thành phần này và kết nối chúng với nhau để tạo thành các hệ thống hoạt động. Ngoài ra, mô đun này cũng cung cấp kiến thức về các phương pháp điều khiển và điều chỉnh các hệ thống cơ điện tử. Học viên sẽ học cách sử dụng các công cụ và phần mềm điều khiển để điều chỉnh các thông số của các hệ thống, giúp chúng hoạt động hiệu quả và ổn định. Ở Việt Nam cho đến nay đã có khá nhiều giáo trình, tài liệu tham khảo, sách hướng dẫn bài tập về mô đun Lắp đặt, Vận hành hệ thống Cơ điện trong chương trình khung nghề tự động hóa công nghiệp đã được biên soạn và biên dịch của nhiều tác giả, của các chuyên gia đầu ngành về tự động hóa. Tuy nhiên nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng trong quá trình đào tạo của nhà trường phải bám sát chương trình khung vì vậy giáo trình Lắp đặt, Vận hành hệ thống Cơ điện tử được biên soạn bởi sự tham gia của các giảng viên của trường Cao đẳng Cơ giới dựa trên cơ sở chương trình khung đào tạo đã được ban hành, trường Cao đẳng Cơ giới với các giáo viên có nhiều kinh nghiệm cùng nhau tham khảo các nguồn tài liệu khác nhau để thực hiện biên soạn giáo trình Thiết kế chế tạo mạch in và hàn chân linh kiện vụ cho công tác giảng dạy. Giáo trình này được thiết kế theo mô đun thuộc hệ thống Mô đun ( MĐ 18) của chương trình đào tạo nghề Cơ Điện Tử ở cấp trình độ trung cấp và được dùng làm giáo trình cho học viên trong các khóa đào tạo, sau khi học tập xong mô đun này, học viên có đủ kiến thức để học tập tiếp các môn học, mô đun khác của nghề. Quảng Ngãi, ngày ... tháng ... năm 2019 Tham gia biên soạn 1. Bùi Xin 2. ………….............. 3. ……….............…. 3
MỤC LỤC NỘI DUNG 1 Tuyên bố bản quyền 2 Lời giới thiệu 5 Mô đun : Lắp đặt, vận hành hệ thống cơ điện tử Bài 1: Tính chất và ứng dụng của cảm biến 12 1. Mục tiêu của bài: 13 2. Nội dung bài: 13 2.1. Phát hiện vật thể bằng cảm biến từ tiệm cận 14 2.2. Phát hiện vật thể bằng cảm biến từ trường 14 2.3. Phát hiện vật thể bằng cảm biến quang 15 2.4. Phát hiện vật thể bằng cảm biến điện dung 18 2.5. Đo khoảng cách với cơ cấu biên trở 19 2.6. Đo áp suất với cảm biến áp suất đầu ra tín hiệu tương tự 23 2.7. Đo lực với cảm biến lực đầu ra tín hiệu tương tự 23 2.8. Lập trình với cảm biến đầu ra tín hiệu tương tự Bài 2: Lập trình sử dụng ngôn ngữ SFC 24 Mục tiêu của bài: 24 1. 2. Nội dung bài: 24 2. 2.1. Trạm phân phối – Trình tự chuyển động 32 3. 2.2. Trạm nâng và phân loại - rẽ nhánh Bài 3: Lắp ráp trạm 1 trên hệ thống cơ điện tử 101 1. Mục tiêu của bài: 102 2. Nội dung bài: 102 2.1. Phân tích yêu cầu công nghệ cho quá trình vận chuyển 105 2.12. Đánh giá 106 2.2. Lập kế hoạch lắp đặt 108 2.3. Lắp đặt phần cơ khí 109 2.4. Lắp đặt các phần tử khí nén 111 2.5. Lắp đặt cảm biến 113 2.6. Lắp đặt nguồn cung cấp 114 2.7. Lắp đặt mạch điều khiển 115 2.8. Nạp chương trình mẫu (sẵn có) 117 2.9. Viết chương trình 118 2.10. Vận hành và kiểm tra 118 2.11. Tìm và sửa 63 Bài 4: Lắp ráp một trạm trong hệ thống cơ điện tử có sử dụng cảm biến 65 1. Mục tiêu của bài: 65 2. Nội dung bài: 65 2.1. Lựa chọn cảm biến 69 2.2. Thiết kế và chế tạo một số bộ phận để lắp ráp cảm biến 70 2.3. Hiệu chỉnh sơ đồ mạch (có thể dùng máy tính) 72 4
2.4. Hiệu chỉnh chương trình 73 2.5. Lắp ráp và hiệu chỉnh vị trí cảm biến 74 2.6. Lắp đặt phần điện sử dụng cổng vào 75 2.7. Vận hành và kiểm tra 76 2.8. Tìm và sửa lỗi 77 Bài 5: Lắp ráp một trạm trong hệ thống cơ điện tử: trạm tay máy 78 1. Mục tiêu của bài: 78 2. Nội dung bài: 78 2.1. Yêu cầu công nghệ cho trạm tay máy 80 2.2. Các thông tin về phần tử mới (cơ cấu chấp hành) 83 2.3. Thiết kế và chế tạo một số bộ phận cơ khí 86 2.4. Lập kế hoạch lắp ráp 90 2.5. Lắp ráp các phần tử cơ khí và cảm biến 91 2.6. Hiệu chỉnh sơ đồ mạch (có thể dùng máy tính) 93 2.7. Lắp đặt phần điện sử dụng cổng vào/ra 95 2.8. Viết chương trình theo ngôn ngữ SCL 98 2.9. Vận hành và kiểm 99 2.10. Tìm và sửa 100 Bài 6: Lắp ráp một trạm trong hệ thống cơ điện tử: trạm sản xuất 78 1. Mục tiêu của bài: 78 2. Nội dung bài: 78 2.1. Yêu cầu công nghệ cho trạm tay máy 80 2.2. Các thông tin về phần tử mới (cơ cấu chấp hành) 83 2.3. Thiết kế và chế tạo một số bộ phận cơ khí 86 2.4. Lập kế hoạch lắp ráp 90 2.5. Lắp ráp các phần tử cơ khí và cảm biến 91 2.6. Hiệu chỉnh sơ đồ mạch (có thể dùng máy tính) 93 2.7. Lắp đặt phần điện sử dụng cổng vào/ra 95 2.8. Viết chương trình theo ngôn ngữ SCL 98 2.9. Vận hành và kiểm 99 2.10. Tìm và sửa Bài 7: Lắp ráp một hệ thống vận chuyển: Băng tải 101 1. Mục tiêu của bài: 102 2. Nội dung bài: 102 2.1. Phân tích yêu cầu công nghệ cho quá trình vận chuyển 105 2.12. Đánh giá 106 2.2. Lập kế hoạch lắp đặt 108 2.3. Lắp đặt phần cơ khí 109 2.4. Lắp đặt các phần tử khí nén 111 2.5. Lắp đặt cảm biến 113 2.6. Lắp đặt nguồn cung cấp 114 2.7. Lắp đặt mạch điều khiển 115 2.8. Nạp chương trình mẫu (sẵn có) 117 2.9. Viết chương trình 118 2.10. Vận hành và kiểm tra 118 5
2.11. Tìm và sửa 119 Bài 8: Ứng dụng Bus trường trong hệ thống cơ điện tử 120 1. Mục tiêu của bài: 120 2. Nội dung bài: 120 2.1. Kết hợp các trạm thành hệ thống 121 2.2. Yêu cầu trao đổi thông tin giữa các trạm 121 2.3. Truyền thông I/O 121 2.4. Nguyên lý cơ bản của fieldbus 122 2.5. Lắp ráp một ví dụ về trạm fieldbus 122 2.6. Lập trình cho một trạm ví dụ về mạng fieldbus 123 2.7. Thiết kế và xây dựng hệ thống mạng 123 2.8. Vận hành hệ thống mạng với chương trình có sẵn 123 2.9. Vận hành và sửa lỗi trên hệ thống. 123 Bài 9: Vận hành, giám sát và điều khiển qua hình ảnh 124 1. Mục tiêu của bài: 124 2. Nội dung bài: 124 2.1. Phân tích quá trình hoạt động hệ thống cơ điện tử 125 2.2. Vẽ biểu đồ chu trình hoạt động 125 2.3. Minh họa quá trình giám sát hình ảnh 126 2.4. Vận hành hệ thống có giám sát hình ảnh 126 2.5. Sửa lỗi trên hệ thống có sự trợ giúp giám sát hình ảnh 126 Tài liệu tham khảo: 127 6
GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN Tên mô đun: LẮP ĐẶT, VẬN HÀNH HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Mã mô đun: MĐ 18 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của Môn học: - Vị trí: Mô đun này được bổ trí sau khi học xong môn học Điều khiển khí nén - thủy lực và học song song với môn học Mạng truyền thông công nghiệp và học trước các môn học , mô đun chuyên môn khác. - Tính chất: Là môn học Kỹ thuật cơ sở , thuộc các môn học đào tạo nghề bắt buộc. + Về kiến thức: A1. Trình bày được các tiêu chuẩn hình thành bản vẽ kỹ thuật. A2. Mô tả được quy trình thiết kế, nạp các chương trình PLC và thử nghiệm, vận hành hệ thống cơ điện tử. A3. Nhận biết được bộ cảm biến và bộ phận/phần tử trong hệ thống cơ điện tử. + Về kỹ năng: B1. Lắp ráp và đấu nối được cho PLC trong hệ thống cơ điện tử theo tiêu chuẩn công nghiệp sử dụng các bộ kết nối. B2. Khắc phục các lỗi của các phần tử cơ khí, điện và phần mềm của hệ thống cơ điện tử. + Năng lực tự chủ và trách nhiệm: C1. Chủ động, nghiêm túc trong học tập và công việc. C2. Giữ gìn vệ sinh công nghiệp, đảm bảo an toàn cho người và thiết bị. 7
1. Chương trình khung nghề Cơ điện tử Thời gian học tập (giờ) Trong đó Thực Mã Số tín hành/ MH, Tên môn họcc, mô đun chỉ (*) Tổng thực Lý tập/ thí MĐ số Thuyết nghiệm Kiểm /bài tra tập I Các môn học chung/đại cương 12 255 94 148 13 MH 01 Chính trị 2 30 15 13 2 MH 02 Pháp luật 1 15 9 5 1 MH 03 Giáo dục thể chất 1 30 4 24 2 MH 04 Giáo dục quốc phòng - An 2 45 21 21 3 ninh MH 05 Tin học 2 45 15 29 1 MH 06 Ngoại ngữ (Anh văn) 4 90 30 56 4 II Các môn học, mô đun 65 1655 460 1104 91 chuyên môn nghề II.1 Các môn học, mô đun cơ 10 225 80 128 17 sở MH 07 An toàn lao động 1,5 30 20 8 2 MH 08 Vẽ Kỹ thuật điện 2 45 15 25 5 MH 09 AUTO CAD 4 90 30 54 6 MĐ 10 Điện cơ bản 2,5 60 15 41 4 II.2 Các môn học mô đun chuyên ngành 55 1430 380 976 74 MĐ 11 Lập trình PLC 6,5 150 45 95 10 MĐ 12 Kỹ thuật cảm biến 3 60 30 24 6 8
MĐ 13 Điện tử công suất 4 90 30 54 6 MĐ 14 Bảo Trì Cơ Khí 4 90 30 54 6 Điều khiển khí nén, điện MĐ 15 khí nén 5,5 120 45 67 8 Điều khiển thuỷ lực, điện MĐ 16 thủy lực 4 90 30 54 6 MĐ 17 Thiết kế mạch điện tử 2 60 20 38 2 MĐ 18 Lắp đặt, vận hành hệ 6,5 150 45 95 10 thống cơ điện tử MPS MĐ 19 Rô bôt công nghiệp 4 90 30 54 6 Lắp đặt vận hành và điều MĐ 20 khiển động cơ điện 5,5 110 45 57 8 MĐ 21 Mạng truyền thông công 2 75 15 56 4 nghiệp MĐ 22 Nâng cao hiệu quả công 1 45 15 28 2 việc MĐ 23 Thực tập tốt nghiệp 7 300 0 300 0 TỔNG CỘNG 77 1910 554 1252 104 2. Chương trình chi tiết mô đun Nội Thời gian dung tổng Tên các bài trong mô đun Lý Thực Kiểm quát Tổng thuyết hành tra* và phân phối thời gian: TT Tính chất và ứng dụng của cảm 1 biến 10 6 4 2 Lập trình sử dụng ngôn ngữ SFC 8 2 6 9
Lắp ráp trạm 1 trên hệ thống cơ 3 điện tử 12 6 6 Lắp ráp một trạm trong hệ thống 4 cơ điện tử có ứng dụng cảm biến 10 2 8 Lắp ráp một trạm trên hệ thống 5 cơ điện tử: Trạm tay máy 30 8 20 2 Lắp ráp một trạm trên hệ thống 6 cơ điện tử: Trạm sản xuất 30 7 21 2 Lắp ráp một hệ thống vận 7 chuyển băng tải 30 7 21 2 Ứng dụng bus trường trong hệ 8 thống cơ điện tử. 10 3 5 2 Vận hành, giám sát và điều khiển 9 qua hình ảnh. 10 4 6 Cộng 150 45 97 8 *Ghi chú: Thời gian kiểm tra được tích hợp giữa lý thuyết với thực hành được tính vào giờ thực hành 3. Điều kiện thực hiện môn học: 3.1. Phòng học Lý thuyết/Thực hành: Đáp ứng phòng học chuẩn 3.2. Trang thiết bị dạy học: máy vi tính có phần mền PLC, bảng, phấn, tranh 3.3. Học liệu, dụng cụ, mô hình, phương tiện: Giáo trình, mô hình thực hành, bộ dụng cụ đồ nghề 3.4. Các điều kiện khác: Người học tìm hiểu thực tế về các mạch điện tử công suất trong nhà máy, xí nghiệp công nghiệp. 4. Nội dung và phương pháp đánh giá: 4.1. Nội dung: - Kiến thức: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức - Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kỹ năng. - Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp. + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học. 10
+ Nghiêm túc trong quá trình học tập. 4.2. Phương pháp: Người học được đánh giá tích lũy môn học như sau: 4.2.1. Cách đánh giá - Áp dụng quy chế đào tạo Trung cấp hệ chính quy ban hành kèm theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH, ngày 13/3/2017 của Bộ trưởng Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội. - Hướng dẫn thực hiện quy chế đào tạo áp dụng tại Trọng số Trường Cao đẳng Cơ giới như sau:Điểm đánh giá + Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1) 40% + Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2) + Điểm thi kết thúc môn học 60% 4.2.2. Phương pháp đánh giá Phương pháp Phương pháp Hình thức Chuẩn đầu ra Số Thời đánh giá tổ chức kiểm tra đánh giá cột điểm kiểm tra Thường Viết/ Tự luận/ A1, C1, C2 1 Sau 20 xuyên Thuyết trình Trắc nghiệm/ giờ. Báo cáo Định kỳ Viết và Tự luận/ A2, B1, C1, C2 6 Sau 60 thực hành Trắc nghiệm/ giờ thực hành Kết thúc môn Vấn đáp và Vấn đáp và A1, A2, A3, B1, 1 Sau 150 học thực hành thực hành B2, C1, C2, giờ trên mô hình 4.2.3. Cách tính điểm - Điểm đánh giá thành phần và điểm thi kết thúc môn học được chấm theo thang điểm 10 (từ 0 đến 10), làm tròn đến một chữ số thập phân. - Điểm môn học là tổng điểm của tất cả điểm đánh giá thành phần của môn học nhân với trọng số tương ứng. Điểm môn học theo thang điểm 10 làm tròn đến một chữ số thập phân, sau đó được quy đổi sang điểm chữ và điểm số . 5. Hướng dẫn thực hiện môn học 5.1. Phạm vi, đối tượng áp dụng: Đối tượng Trung cấp 5.2. Phương pháp giảng dạy, học tập môn học 5.2.1. Đối với người dạy 11
* Lý thuyết: Áp dụng phương pháp dạy học tích cực bao gồm: Trình chiếu, thuyết trình ngắn, nêu vấn đề, hướng dẫn đọc tài liệu, bài tập cụ thể, câu hỏi thảo luận nhóm…. * Thực hành: - Phân chia nhóm nhỏ thực hiện bài tập thực hành theo nội dung đề ra. - Khi giải bài tập, làm các bài Thực hành, thí nghiệm, bài tập:... Giáo viên hướng dẫn, thao tác mẫu và sửa sai tại chỗ cho nguời học. - Sử dụng các mô hình, học cụ mô phỏng để minh họa các bài tập ứng dụng các loại thiết bị điều khiển. * Hướng dẫn tự học theo nhóm: Nhóm trưởng phân công các thành viên trong nhóm tìm hiểu, nghiên cứu theo yêu cầu nội dung trong bài học, cả nhóm thảo luận, trình bày nội dung, ghi chép và viết báo cáo nhóm. 5.2.2. Đối với người học: Người học phải thực hiện các nhiệm vụ như sau: - Nghiên cứu kỹ bài học tại nhà trước khi đến lớp. Các tài liệu tham khảo sẽ được cung cấp nguồn trước khi người học vào học môn học này (trang web, thư viện, tài liệu...) - Sinh viên trao đổi với nhau, thực hiện bài thực hành và báo cáo kết quả - Tham dự tối thiểu 70% các giờ giảng tích hợp. Nếu người học vắng >30% số giờ tích hợp phải học lại mô đun mới được tham dự kì thi lần sau. - Tự học và thảo luận nhóm: Là một phương pháp học tập kết hợp giữa làm việc theo nhóm và làm việc cá nhân. Một nhóm gồm 2-3 người học sẽ được cung cấp chủ đề thảo luận trước khi học lý thuyết, thực hành. Mỗi người học sẽ chịu trách nhiệm về 1 hoặc một số nội dung trong chủ đề mà nhóm đã phân công để phát triển và hoàn thiện tốt nhất toàn bộ chủ đề thảo luận của nhóm. - Tham dự đủ các bài kiểm tra thường xuyên, định kỳ. - Tham dự thi kết thúc môn học. - Chủ động tổ chức thực hiện giờ tự học. 6. Tài liệu tham khảo: TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Doãn Phước – Phan Xuân Minh – Vũ Văn Hà: Tự động hóa với Simatic s7_200 Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật 12
[2] Trung tâm Việt - Đức: Kỹ thuật điều khiển lập trình, Trung tâm Việt - Đức. [3] Guenter – Wellenreuther – Dieter Zastrow: Automaticsieren mit SPS Theorie und Phraxsis, Viweg. [4] Siemens: LAD and FBD, fourth edition, siemens. [5] Siemens: Workshop to Promote the S7-200 automation platform, Siemens. [6]- Lắp đặt và vận hành các trạm cơ điện tử của tác giả Phạm Thanh Tùng [7]- MPS use manual - FESTO DIDACTIC [8]- Proximity sensor - PESTO DIDACTIC 13
BÀI 1: TÍNH CHẤT VÀ ỨNG DỤNG CỦA CẢM BIẾN Mã bài: MĐ18-01 Mục tiêu: - Mô tả được tính chất và ứng dụng của cảm biến - Tìm kiếm được thông tin từ các tài liệu kỹ thuật, bản vẽ, internet và áp dụng vào công việc. - Lựa chọn được các cảm biến tương tự và số cho các ứng dụng cụ thể. - Đọc và vẽ được các bản vẽ kỹ thuật có sử dụng cảm biến. - Lập trình điều khiển sử dụng cảm biến cho tín hiệu tương tự. - Nạp chương trình và kiểm tra hoạt động. - Chủ động, sáng tạo và an toàn trong quá trình học tập. Phương pháp giảng dạy và học tập bài mở đầu - Đối với người dạy: Sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề, thao tác mẫu, uốn nắn và sửa sai tại chỗ cho người học); yêu cầu người học nhớ các giá trị đại lượng, đơn vị của các đại lượng. Các bước quy trình thực hiện. - Đối với người học: chủ động đọc trước giáo trình trước buổi học, thực hiện thao tác theo hướng dẫn. Điều kiện thực hiện bài học - Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Xưởng cơ điện tử, PLC - Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác, mô hình thực hành cơ điện tử, PLC - Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình môn học, giáo trình, tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan. - Các điều kiện khác: Không có Kiểm tra và đánh giá bài học - Nội dung: ✓ Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức ✓ Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng. ✓ Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. 14
+ Tham gia đầy đủ thời lượng môn học. + Nghiêm túc trong quá trình học tập. - Phương pháp: ✓ Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: hỏi miệng) ✓ Kiểm tra định kỳ lý thuyết: không có ✓ Kiểm tra định kỳ thực hành: 1 điểm kiểm tra (hình thức: thực hành) Nội dung chính: 1.1 Giới thiệu chung về cảm biến - Cảm biến là một thiết bị có khả năng chuyển đổi một tín hiệu vật lý thành một tín hiệu điện. Tính chất và ứng dụng của cảm biến trong lắp đặt và vận hành hệ thống cơ điện tử là rất đa dạng và phong phú. Dưới đây là một số tính chất và ứng dụng chính của cảm biến: - Tính chất của cảm biến: - Độ chính xác: Cảm biến có khả năng đo và phản hồi chính xác với mức độ sai số nhỏ. - Độ nhạy: Cảm biến có khả năng phát hiện và đo lường các thay đổi nhỏ trong tín hiệu đầu vào. - Độ tin cậy: Cảm biến cần có tính tin cậy cao để hoạt động ổn định trong mọi điều kiện và thời gian dài. - Ứng dụng của cảm biến trong lắp đặt và vận hành hệ thống cơ điện tử: - Đo lường và điều khiển: Cảm biến được sử dụng để đo lường các thông số vật lý như nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, mức nước, tốc độ, vị trí, gia tốc, và điều khiển các thiết bị hoạt động dựa trên các giá trị đo được. - Bảo mật và an ninh: Cảm biến có thể được sử dụng để phát hiện chuyển động, ghi nhận hình ảnh hoặc âm thanh, để bảo vệ và giám sát an ninh trong các hệ thống an ninh và giám sát. - Điều khiển tự động: Cảm biến được sử dụng để thu thập thông tin từ môi trường và điều khiển các thiết bị tự động trong các hệ thống như hệ thống điều khiển nhà thông minh, hệ thống tự động hóa công nghiệp, hệ thống lái tự động trong ô tô, v.v. Hình 1.1 Hoạt động của cảm biến 15
1.2 Phân loại cảm biến 1.2.1 Cảm ứng từ (Inductive proximity sensor) Nguyên lý hoạt động và ký hiệu trên sơ đồ mạch điện của sensor cảm ứng Các đặc trưng cơ bản của một cảm biến cảm ứng từ: -Đối tượng phát hiện: Kim loại sắt từ. -Khoảng cách phát hiện: 0,8 – 10mm, ( loại có độ nhạy cao nhất - max 250mm) -Điện áp cung cấp: 10-30 VDC -Dòng điện cung cấp ra tải: 75 - 400mA Nguyên lý hoạt động: Khi vật thể bằng kim loại được đưa vào vùng tác dụng của sensor, dòng điện xoáy xuất hiện trong vật thể, nó làm suy giảm năng lượng của bộ tạo dao động(Oscillator). Điều đó dẫn đến sự thay đổi dòng điện tiêu thụ của sensor. Như vậy, hai trạng thái: suy giảm và không suy giảm dòng điện tiêu thụ của sensor dẫn đến chuyển trạng thái “có” hay “không” bằng mức xung điện áp ra. Xem sơ đồ nguyên lý mạch điện tử của cảm biến cảm ứng từ Hình 1.2 S ơ đồ nguyên lý của cảm biến cảm ứng từ 1.2.2 Cảm biến tiệm cận điện dung ( capacitive proximity sensor) 16
Ký Hình 1.3 Kí hiệu và sơ đồ nguyênNguyên lý làm việc -Cảm biến điện dung phát hiện được các vật thể làm bằng vật liệu bất kỳ ( kim loại, đá, gỗ , nước ...). -Khi vật thể được dẫn vào vùng tác dụng của cảm biến, điện dung của một tụ điện ( được hình thành bởi vật thể và bản cực của cảm biến) thay đổi. Điện dung này tham gia trong một mạch cộng hưởng RC của cảm biến. Trang thái cộng hưởng thay đổi dẫn đến thay đổi dòng điện tiêu thụ của cảm biến và tương ứng với “có” hay “ không có” vật thể trong vùng phát hiện của cảm biến. 1.2.3Cảm biến tiệm cận quang (Optical proximity sensors) Hình 1.4 Kí hiệu và sơ đồ nguyênNguyên lý làm việc Nguyên lý làm việc : Bộ phận phát sẽ phát đi tia hồng ngoại bằng điôt phát quang, khi gặp vật 17
chắn, tia hồng ngoại sẽ phản hồi lại bộ phận nhận. Như vậy ở bộ phận nhận, tia hồng ngoại phản hồi là tín hiệu kích thích tạo nên tín hiệu ra số loại cảm biến tiệm cận của hãng Omron: Hình 1.5: Một số loại cảm biến tiệm cận của hãng Omron Hai cảm biến song song Hai cảm biến đối diện nhau Hình 1.6 Khoảng cách giữa hai cảm biến: Khoảng cách 2 cảm biến Hình 1.7 Phát hiện và duy trì mức chất lỏng trong bể chứa. 18
1.3 Đo khoảng cách với cơ cấu biên trở Cảm biến vị trí thực hiện đo vị trí vật lý của vật so với một điểm chuẩn. Thông tin có thể là vị trí góc hoặc độ quay. 1.3.1 Nguyên lý làm việc Một chiết áp dùng để chuyển đổi góc quay hoặc độ dịch chuyển tuyến tính hóa thành điện áp. Thực chất thì bản thân chiết áp là điện trở nhưng chính giá trị này dễ dàng được chuyển đổi thành điện áp. Các chiết áp sử dụng làm cảm biến vị trí về nguyên tắc giống như điều chỉnh âm lượng nhưng có những điểm khác. Một chiết áp dùng để điều chỉnh âm lượng, sự thay đổi điện trở có thể ở dạng phi tuyến miễn sao thay đổi được âm thanh, còn chiết áp dùng để đo vị trí góc phải biến đổi tuyến tính – nghĩa là sự thay đổi điện trở tuyến tính theo trục quay. Chiết áp Ký hiệu Hình 1.8: Chiết áp Chiết áp dịch chuyển tuyến tính Chiết áp được mô tả là một loại vòng – thực tế chỉ khoảng 3500, một chiết áp vòng có thể có các điểm dừng cuối mỗi hành trình của nó, góc quay không vượt quá 3500. Một chiết áp vòng không có các điểm dừng có vùng không nhạy cảm nhỏ khi thanh trượt chuyển động theo hình xoắn ốc, có tới 25 vòng hoặc hơn tính từ điểm dừng này đến điểm dừng khác. a b Hình 1.9 : Chiết áp tuyến tính 19
Trong trường hợp, thanh trượt có thể dịch chuyển tiến hoặc lùi theo đường thẳng. Các chiết áp dịch chuyển tuyến tích thuận lợi cho việc do vị trí các đối tượng mà nó chuyển động theo dạng tuyến tính. Hình 2.58a minh họa chiết áp dùng để đo vị trí góc của cánh tay robot, trong trường hợp này thân chiết áp được giữ cố định và trục của nó được nối trực tiếp với trục của động cơ. Điện áp 10VDC được cấp cho chiết áp. Điện áp thay đổi từ 0 ÷ 10V DC dọc theo điện trở, thanh trượt chính là rẽ nhánh, điện áp ra chính là điện áp thanh trượt và điểm 0. Khi thanh trượt ở vị trí dưới cùng thì đầu ra 0V tương ứng với 0 0. Khi thanh trượt ở vị trí trên cùng, đầu ra ứng với 10V tương ứng với 350 0. Ở vị trí chính giữa, điện áp đầu ra 5V tương ứng với vị trí góc 1750. (3500/2 = 1750). Hình 1.10: Chiết áp sử dụng làm cảm biến vị trí 1.3.2 Đo áp suất với cảm biến áp suất đầu ra tín hiệu tương tự - Áp suất là độ lớn sức mạnh thông thường trên mỗi đơn vị diện tích áp dung trong một vật thể, bộ cảm biến áp suất là thiết bị dò thông tin áp suất mà vật thể đối tượng đang có, nó tương ứng với đồng hồ đo dòng, cảm biến áp suất chất bán dẫn, phần tử áp điện. Có thể sử dụng bộ cảm biến áp suất để đo lực hoặc tải trọng. 1.3.3 Đo lực với cảm biến lực đầu ra tín hiệu tương tự Một vật chịu tác dụng của lực và momen bao giờ cũng bị biến dạng, nghĩa là có chuyển vị tương đối giữa các phần của nó. Vì vậy các phép đo lực là mômen thường được quy về đo chuyển vị. Để tăng vùng làm việc tuyến tính, người ta dùng cầu cân bằng, trong đó tensiometer là một nhánh (Rs). Khi chưa tác dụng lực, cầu cân bằng, nghĩa là Vo = 0. Khi có lực, Rs thay dổi, làm cầu mất cân bằng. Tín hiệu ra được tính theo công thức: 20