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
Để thực hiện biên soạn giáo trình đào tạo nghề Cơ điện tử ở trình độ Cao
Đẳng và Trung Cấp, giáo trình Lắp ráp Hệ thống sản xuất linh hoạt (MPS) là một
trong những giáo trình mô
53 trang |
Chia sẻ: Tài Huệ | Ngày: 19/02/2024 | Lượt xem: 71 | Lượt tải: 0
Tóm tắt tài liệu Giáo trình Lắp ráp Hệ thống sản xuất linh hoạt (MPS), để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
đun đào tạo chuyên ngành được biên soạn theo nội dung
chương trình chi tiết mô đun Lắp ráp Hệ thống sản xuất linh hoạt (MPS). Nội dung biên
soạn ngắn gọn, dễ hiểu, tích hợp kiến thức và kỹ năng chặt chẽ với nhau, lôgíc.
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ trong hầu hết mọi
lĩnh vực nói chung, và lĩnh vực Cơ điện tử nói riêng. Chính vì vậy, việc hiểu biết và nắm
bắt kiến thức về Hệ thống sản xuất linh hoạt, là một nhu cầu kiến thức cần thiết cho
cán bộ kỹ thuật Cơ điện tử, tự động hoá,
Nội dung giáo trình được bố cục bao gồm 9 bài với nội dung như sau:
Bài 1: Giới thiệu tổng quan về hệ thống sản xuất có cấu trúc mô dun
Bài 2: Cảm biến trên MPS
Bài 3: Các cơ cấu chấp hành trên MPS
Bài 4: Hệ thống điều khiển và giám sát MPS
Bài 5: Các mô dun của hệ thống MPS
Bài 6: Thực tập các mô đun
Trong giáo trình này tác giả đã sử dụng nhiều tài liệu tham khảo và biên soạn
theo một trật tự logic nhất định. Tuy nhiên, tùy theo điều kiện cơ sở vật chất và trang
thiết bị tại trường có thể sử dụng cho phù hợp. Mặc dù đã cố gắng tổ chức biên soạn để
đáp ứng được mục tiêu đào tạo nhưng không tránh được những khiếm khuyết. Rất mong
nhận được đóng góp ý kiến của quý thầy, cô giáo, bạn đọc để nhóm biên soạn sẽ hiệu
chỉnh hoàn thiện hơn.Các ý kiến đóng góp xin gửi về Khoa Điện tử điện lạnh Trường
Cao đẳng nghề Kỹ thuật Công nghệ.
Hà Nội, ngày tháng năm 2019
BAN CHỦ NHIỆM BIÊN SOẠN GIÁO TRÌNH
NGHỀ: CƠ ĐIỆN TỬ
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ
3
MỤC LỤC
TRANG
LỜI GIỚI THIỆU .............................................................................................. 2
BÀI 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT CÓ CẤU
TRÚC MÔ ĐUN ............................................................................................. 11
1. Giới thiệu về cảm biến trên MPS. ............................................................... 11
1.1 Phân loại ................................................................................................. 11
1.2 Nguyên lý hoạt động .............................................................................. 15
1.2.1. Cảm biến tuyến tính và quay .............................................................. 15
1.2.2. Cảm biến tiếp cận ............................................................................ 16
1.2.3. Cảm biến quang ............................................................................... 16
2. Giới thiệu về cơ cấu chấp hành trên MPS. ................................................. 17
2.1. Phân loại ................................................................................................ 17
2.2. Nguyên lý hoạt động .............................................................................. 17
2.2.1. Cơ cấu chấp hành điện ....................................................................... 17
2.2.2. Cơ cấu chấp hành điện cơ ................................................................ 18
2.2.3. Cơ cấu chấp hành điện từ ................................................................ 18
3. Giới thiệu về hệ thống điều khiển của MPS................................................ 19
4. Giới thiệu phần mềm trên MPS. .................................................................. 20
4.1 Chức năng của phần mềm STEP 7 ......................................................... 21
4.2 Các bước thực hiện để viết một chương trình điều khiển. ..................... 21
4.3 Hệ lệnh của phần mềm step7 ................................................................. 21
BÀI 2: CẢM BIẾN TRÊN MPS ..................................................................... 23
1.Giới thiệu các loại cảm biến ......................................................................... 23
1.1.Cảm biến tiệm cận điện cảm (Inductive Proximity Sensor) .................. 23
1.2. Cấu trúc của cảm biến tiệm cận điện cảm ............................................. 24
1.3. Cảm biến tiệm cận điện dung (Capacitive Proximity Sensor) .............. 24
2.Nguyên lý hoạt động của cảm biến .............................................................. 25
2.1. Nguyên lý hoạt động của cảm biến tiệm cận điện cảm ......................... 25
2.2. Nguyên lý hoạt động của cảm biến tiệm cận điện dung ....................... 26
4
3.Cách thức kết nối cảm biến .......................................................................... 28
BÀI 3: CÁC CƠ CẤU CHẤP HÀNH TRÊN MPS ........................................ 31
1. Giới thiệu các cơ cấu chấp hành ................................................................. 31
2. Hệ thống khí nén ......................................................................................... 32
2.1. Xilanh .................................................................................................... 32
2.1.1.Xilanh tác động đơn ............................................................................ 32
2.1.2.Xilanh tác động kép ............................................................................. 33
2.2. Động cơ khí nén .................................................................................... 37
2.2.1. Động cơ kiểu bánh rang ..................................................................... 37
2.2.2. Động cơ kiểu Pittông .......................................................................... 38
2.2.3. Động cơ kiểu cánh gạt ........................................................................ 38
2.2.4. Động cơ tuabin. .................................................................................. 39
3. Hệ thống thủy lực ........................................................................................ 39
3.1 Xilanh thủy lực ...................................................................................... 39
3.1.1.Xy lanh tác động đơn .......................................................................... 39
3.1.2.Xy lanh tác động kép ........................................................................... 40
3.1.3.Xy lanh quay ....................................................................................... 41
3.2 Động cơ thủy lực ................................................................................... 42
3.2.1 Bơm bánh răng .................................................................................... 42
3.2.2. Bơm trục vít ........................................................................................ 44
3.2.3. Bơm cánh gạt ..................................................................................... 45
3.2.4. Bơm pittông ........................................................................................ 46
4. Động cơ DC ................................................................................................. 49
BÀI 4: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT MPS ............................ 54
1.Giới thiệu PLC ............................................................................................. 54
2.Giới thiệu WINCC ....................................................................................... 57
2.1.Cấu hình (hardware) ............................................................................... 57
2.2.Cài đặt Mô phỏng Tags (Tags Simulator) .............................................. 58
2.3.Gỡ bỏ WinCC (Deinstalltation): ............................................................ 58
3.Kỹ thuật lập trình hệ thống giám sát WINCC .............................................. 59
5
3.1.Tạo dự án "Project" mới: ........................................................................ 59
3.2.Chọn PLC hoặc Drivers từ Tag Management .......................................... 60
3.3. Giao diện I/O ......................................................................................... 61
BÀI 5: CÁC MÔ ĐUN CỦA HỆ THỐNG MPS ............................................ 63
1. Mô đun cấp phôi .......................................................................................... 63
1.1.Chức năng .............................................................................................. 63
1.2.Trạm phân phối bao gồm các module .................................................... 64
1.3.Vai trò một số module chính của trạm phân phối .................................. 64
2. Mô đun kiểm tra .......................................................................................... 65
2.1.Chức năng .............................................................................................. 65
2.2.Trạm kiểm tra bao gồm các module ...................................................... 65
2.3.Vai trò một số module chính của trạm kiểm tra .................................... 65
3. Mô đun gia công .......................................................................................... 68
3.1.Chức năng .............................................................................................. 68
3.2.Trạm gia công bao gồm các module ...................................................... 68
3.3.Vai trò một số module chính của trạm gia công .................................... 68
4. Mô đun vận hành ......................................................................................... 70
4.1. Trạm bắt tay (HANDLING STATION) ............................................... 70
4.1.1.Chức năng ........................................................................................... 71
4.1.2.Trạm Handling bao gồm các module .................................................. 71
4.1.3.Vai trò một số module chính của trạm Handling ................................ 71
4.2. Trạm Đệm (BUFFER STATION) ........................................................ 72
4.2.1. Chức năng .......................................................................................... 72
4.2.2.Trạm Handling bao gồm các module .................................................. 72
4.2.3.Vai trò một số module chính của trạm Buffer .................................... 72
5. Mô đun robot ............................................................................................... 73
5.1. Chức năng ............................................................................................. 74
5.2.Trạm Robot bao gồm các module .......................................................... 74
5.3.Vai trò một số module chính của trạm Robot ........................................ 74
6. Mô đun lắp ráp ............................................................................................ 76
6
6.1. Chức năng ............................................................................................. 76
6.2.Trạm Robot bao gồm các module .......................................................... 76
6.3.Vai trò một số module chính của trạm Robot ........................................ 77
7. Mô đun Dập ................................................................................................. 78
7.1.Chức năng .............................................................................................. 78
7.2.Cấu tạo, hoạt động trạm dập .................................................................. 78
8. Mô đun phân loại ......................................................................................... 79
8.1. Chức năng ............................................................................................. 79
8.2.Trạm phân loại bao gồm những module ................................................ 79
8.3.Vai trò một số module chính của trạm phân loại ................................... 80
BÀI 6: THỰC TẬP CÁC MÔ ĐUN ............................................................... 83
1. Vận hành các trạm phân phối, kiểm tra, quá trình của hệ thống MPS ....... 83
1.1. Vận hành trạm phân phối ...................................................................... 83
1.1.1.Hoạt động: ........................................................................................... 83
1.1.2.Bảng địa chỉ ......................................................................................... 84
1.2.Vận hành trạm kiểm tra .......................................................................... 86
1.2.1.Họat động ............................................................................................ 86
1.2.2.Bảng địa chỉ ......................................................................................... 87
1.3. Vận hành trạm gia công ........................................................................ 89
1.3.1.Quy trình họat động: ........................................................................... 89
1.3.2.Bảng địa chỉ ......................................................................................... 90
2. Vận hành các trạm bắt tay, đệm của hệ thống MPS .................................. 92
2.1. Vận hành trạm bắt tay ........................................................................... 92
2.1.1.Quy trình họat động: ........................................................................... 92
2.1.2.Bảng địa chỉ ......................................................................................... 93
2.2. Vận hành trạm đệm ............................................................................... 95
2.2.1.Quy trình họat động ............................................................................ 95
2.2.2.Bảng địa chỉ ......................................................................................... 96
3. Vận hành trạm rô bốt hệ thống MPS ........................................................... 97
3.1.Quy trình họat động: .............................................................................. 97
7
4. Vận hành trạm lắp ráp, sắp xếp của hệ thống MPS .................................. 107
4.1. Quy trình họat động ............................................................................ 107
4.2.Bảng địa chỉ .......................................................................................... 108
5. Viết chương trình điều khiển PLC cho các trạm của hệ thống MPS ....... 109
5.1. Viết chương trình điều khiển PLC cho trạm cấp phôi ........................ 109
5.1.1. Lưu đồ chương trình cho trạm cấp phôi ........................................... 111
5.1.2. Bảng địa chỉ vào/ra........................................................................... 112
5.1.3. Trình tự thực hiện ............................................................................. 112
5.2. Viết chương trình điều khiển PLC cho trạm phân loại ....................... 113
5.2.1. Lưu đồ chương trình cho trạm phân loại ......................................... 113
5.2.2. Bảng địa chỉ vào/ra........................................................................... 115
5.1.3. Trình tự thực hiện ............................................................................. 115
6. Viết chương trình giám sát WINCC cho các trạm MPS .......................... 116
6.1. Khởi động WINCC ............................................................................. 116
6.2. Khai báo giao thức truyền thông giữa WINCC và PLC ..................... 117
6.3. Khởi tạo các TAG trao đổi dữ liệu ...................................................... 119
6.4. Viết chương trình giám sát WINCC cho trạm Cấp phôi .................... 123
6.5. Viết chương trình giám sát WINCC cho trạm phân loại .................... 123
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 125
8
GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN
Tên mô đun: Lắp ráp Hệ thống sản xuất linh hoạt (MPS)
Mã mô đun: MĐ CĐT 31
Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun:
- Vị trí: Trước khi học mô đun này học sinh phải hoàn thành: các môn học, mô
đun cơ sở và học sau MĐ 30
- Tính chất: Là mô đun tích hợp lý thuyết với thực hành.
- Ý nghĩa và vai trò của môn học/mô đun:
+Ý nghĩa: Mô đun cho ta có cái nhìn thực tế hơn về lĩnh vực điều khiển Hệ thống
sản xuất linh hoạt trong công nghiệp.
+Vai trò: Mô đun đóng vai trò quan trong sản xuất công nghiệp đặt biệt những
nước có nền công nghiệp phát triển và đang phát triển.
- Mục tiêu của mô đun:
- Về kiến thức:
+ Mô tả được, nguyên lý, cơ cấu hoạt động của hệ thống sản xuất có cấu trúc
modul.
+ Phân tích được nguyên lý vận hành của các modul cấp phôi, kiểm tra, gia công
,vận hành, lắp ráp, phân loại và các cơ cấu chấp hành của các modul
- Về kỹ năng:
+ Thực hiện được công việc bảo trì, bảo dưỡng các mô đun cấp phôi, kiểm tra, gia
công ,vận hành, lắp ráp, phân loại và các cơ cấu chấp hành của các modul
- Về thái độ:
+ Chủ động, sáng tạo và an toàn trong quá trình học tập.
Nội dung của mô đun:
Số
TT
Tên các bài trong mô đun
Thời gian (giờ)
Tổng
số
Lý
thuyết
Thực hành, thí
nghiệm, thảo
luận, bài tập
Kiểm
tra
1 Bài 1: Giới thiệu tổng quan về
hệ thống sản xuất có cấu trúc mô
dun
6
4
2
9
1. Giới thiệu về cảm biến trên
MPS.
2. Giới thiệu về cơ cấu chấp
hành trên MPS.
3. Giới thiệu về hệ thống điều
khiển của MPS.
4. Giới thiệu phần mềm trên
MPS.
2 Bài 2: Cảm biến trên MPS
1.Giới thiệu các loại cảm biến
2.Nguyên lý hoạt động của
cảm biến
3.Cách thức kết nối cảm biến
5 2 2 1
3
Bài 3: Các cơ cấu chấp hành trên
MPS
1. Giới thiệu các cơ cấu chấp
hành
2. Hệ thống khí nén
3. Hệ thống thủy lực
4. Động cơ DC
4 2 2
4 Bài 4: Hệ thống điều khiển và
giám sát MPS
1.Giới thiệu PLC
2.Giới thiệu WINCC
3.Kỹ thuật lập trình hệ thống
giám sát WINCC
11 4 6 1
5 Bài 5: Các mô dun của hệ thống
MPS
1. Mô đun cấp phôi
2. Mô đun kiểm tra
3. Mô đun gia công
4. Mô đun vận hành
10 4 6
10
5. Mô đun robot
6. Mô đun lắp ráp
7. Mô đun Dập
8. Mô đun phân loại
6 Bài 6: Thực tập các mô đun
1. Vận hành các trạm phân
phối, kiểm tra, quá trình của hệ
thống MPS
2. Vận hành các trạm bắt tay,
đệm của hệ thống MPS
3. Vận hành trạm rô bốt hệ
thống MPS
4. Vận hành trạm lắp ráp, sắp
xếp của hệ thống MPS
5. Viết chương trình điều khiển
PLC cho các trạm của hệ thống
MPS
6. Viết chương trình giám sát
WINCC cho các trạm MPS
50 11 37 2
Thi kết thúc mô đun 4 4
Cộng 90 27 55 8
11
BÀI 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT CÓ CẤU
TRÚC MÔ ĐUN
Mã bài: MĐ CĐT 31-01
Giới thiệu:
Hệ thống sản xuất linh hoạt MPS bao gồm các trạm ghép nối với nhau và được
điều khiển bằng PLC ghép nối theo mạng truyền thông công nghiệp. Trên mỗi trạm được
tích hợp các thiết bị cảm biến, cơ cấu chấp hành và thiết bị điều khiển PLC, hệ thống
khí nén... Bài học này giới thiệu tổng quan về cảm biến, các cơ cấu chấp hành, phần
mềm và các trạm trên hệ thống MPS của hãng FESTO.
Mục tiêu:
- Trình bày được các mô đun hệ thống điều khiển của MPS.
- Ứng dụng hệ thống điều khiển của MPS trong công nghiệp
- Chủ động, sáng tạo và an toàn trong quá trình học tập.
Nội dung chính:
1. Giới thiệu về cảm biến trên MPS.
Cảm biến là một thiết bị mà khi được đặt vào một hiện tượng vật lý (nhiệt độ,
dịch chuyển, lực, v.v..) sẽ tạo ra tín hiệu đầu ra tỷ lệ (điện, cơ học, từ, v.v..). Thuật
ngữ bộ chuyển đổi thường được dùng đồng nghĩa với cảm biến. Tuy nhiên, về ý tưởng,
một cảm biến là một thiết bị phản hồi lại với thay đổi trong hiện tượng vật lý. Nói cách
khác, bộ chuyển đổi là thiết bị biến đổi một dạng năng lượng này thành một dạng năng
lượng khác. Cảm biến là các bộ chuyển đổi khi chúng thu nhận một dạng năng lượng
ở đầu vào và đưa ra đầu ra một dạng năng lượng khác. Ví dụ, một cặp nhiệt kế phản
ứng với sự thay đổi nhiệt độ (nhiệt năng) và đưa ra sự thay đổi tỷ lệ dưới dạng lực điện
động (điện năng). Như vậy, có thể gọi một cặp nhiệt kế là một cảm biến hoặc một bộ
chuyển đổi.
1.1 Phân loại
Bảng dưới đây liệt kê các dạng khác nhau của cảm biến được phân loại bằng
các đối tượng đo của chúng. Mặc dù bản liệt kê này không phải là toàn bộ nhưng nó
đã bao gồm tất cả các dạng cơ bản kể cả những cảm biến thế hệ mới như cảm biến
dùng vật liệu thông minh, vi cảm biến, và cảm biến nano.
12
Bảng 1.1. Phân loại cảm biến và cơ cấu chấp hành
Cảm biến Đặc tính
Cảm biến thẳng/quay
Bộ chuyển đổi sai phân
thẳng/quay
Độ phân giải cao với dải đo rộng
Rất ổn định trong các ứng dụng tĩnh và giả tĩnh
Encoder quang Giải pháp đơn giản, tin cậy, và giá thành thấp Tốt
cho cả đo lường tuyệt đối lẫn tương đối
Đầu đo tốc độ dạng điện Độ phân giải phụ thuộc vào kiểu như máy phát
hoặc cảm biến từ
Cảm biến theo hiệu ứng
Hall
Độ chính xác cao đối với dải đo nhỏ đến trung
bình
Đầu đo kiểu điện dung Độ phân giải rất cao với độ nhạy cao Tiêu thụ
năng lượng thấp
Tốt cho các đo lường động lực tần số cao
Các đầu đo biến dạng Độ chính xác rất cao trong dải đo nhỏ Độ phân
giải cao tại các mức nhiễu thấp
Cảm biến kiểu giao thoa Hệ thống laze có độ phân giải rất cao trong các
dải đo rộng Rất tin cậy và đắt
Cảm biến từ tính Đầu ra là tín hiệu sin
Cảm biến Đặc tính
Con quay hồi chuyển Độ phân giải rất cao trong dải đo nhỏ
Cảm biến gia tốc
Đầu đo gia tốc chấn động Tốt cho đo lường các tần số lên tới 40% tần số tự
nhiên của nó
Đầu đo gia tốc kiểu áp điện Độ nhạy cao, gọn, và khỏe
Tần số tự nhiên rất cao (thường 100 kHz)
Cảm biến lực, mô men, và áp suất
Đầu đo biến dạng Tốt cho cả đo lường tĩnh và động
Lực kế/các đầu đo lực Chúng cũng sẵn có như các vi cảm biến và nano
cảm biến
Đầu đo lực kiểu áp điện Tốt cho các đo lường lực động với độ chính xác
cao
13
Cảm biến xúc giác Gọn, có dải động lực rộng và cao
Cảm biến ứng suất siêu âm Tốt cho các đo lường lực nhỏ
Cảm biến luồng
Ống Pitot Được sử dụng rộng rãi như là cảm biến tốc độ
luồng để xác định vận tốc các vật bay
Tấm phun Ít tốn kém với dải đo giới hạn
Ống venturi, vòi phun Chính xác với dải đo rộng Phức tạp và đắt hơn
Lưu lượng kế Tốt cho đo lường luồng ngược dòng
Được dùng kết hợp với cảm biến điện dung
Kiểu siêu âm Tốt khi tốc độ dòng rất cao
Có thể dùng cho cả đo lường ngược dòng lẫn xuôi
dòng
Bộ đo dòng dạng ống Không thích hợp cho chất lỏng chứa các phần tử
mài mòn Quan hệ giữa tốc độ dòng và vận tốc
góc là tuyến tính
Bộ đo dòng dạng điện từ Ít xâm nhập do là dạng không tiếp xúc
Có thể dùng với chất lỏng ăn mòn, nhiễm bẩn,
v.v.. Chất lỏng phải dẫn điện
Cảm biến nhiệt
Cặp nhiệt Là cảm biến rẻ nhất và đa năng nhất
Có thể dùng trong khoảng nhiệt độ rộng (thường
từ -200oC đến 1200oC)
Nhiệt điện trở Độ nhạy rất cao trong dải đo trung bình (thường
lên tới 100oC) Gọn nhưng bản chất không tuyến
tính
Điôt nhiệt, tranzito nhiệt Thích hợp về mặt lý tưởng cho các đo lường nhiệt
độ chip
Được tối thiểu hóa việc tự làm nóng
RTD – bộ dò nhiệt điện trở Ổn định hơn trong dải thời gian dài so với cặp
nhiệt Tuyến tính trên dải đo rộng
Dạng hồng ngoại Cảm biến dạng điểm không tiếp xúc với độ phân
giải giới hạn bởi bước sóng
14
Bộ ghi nhiệt hồng ngoại Đo phân bố toàn bộ trường nhiệt
Cảm biến tiếp cận
Điện cảm, dòng điện
xoáy, hiệu ứng Hall,
quang điện, điện dung,
v.v..
Thao tác ngắt không tiếp xúc bền vững
Đầu ra dạng số thường được dẫn trực tiếp đến bộ
điều khiển số
Cảm biến Đặc tính
Cảm biến quang
Quang trở, điôt quang,
tranzito quang, chất dẫn
quang, v.v..
Đo cường độ sáng với độ nhạy cao
Cảm biến giá rẻ, tin cậy, và không tiếp xúc
Điôt ghép nối điện tích Bắt ảnh số trong trường quan sát
Cảm biến vật liệu thông minh
Sợi quang
Cảm biến biến dạng Cảm
biến mức
Cảm biến lực Cảm biến
nhiệt
Thay thế đầu đo biến dạng với độ chính xác và
dải thông rất cao
Nhạy với phản xạ hướng và tình trạng bề mặt
Độ phân giải cao trong dải đo rộng
Độ phân giải và dải đo cao (lên tới 2000oC)
Áp điện
Cảm biến biến dạng
Cảm biến lực
Đầu đo giá tốc kế
Đo phân bố với độ phân giải và dải thông cao
Thích hợp nhất cho các ứng dụng động lực
Ít trễ và độ chính xác điểm đặt tốt
Từ giảo
Cảm biến lực
Cảm biến
mômen
Cảm biến lực gọn nhẹ với độ phân giải và dải
thông cao Tốt cho các ứng dụng đo phân tán và
không tiếp xúc Chính xác, dải thông cao, và
không tiếp xúc
Vi cảm biến và nano cảm biến
Vi cảm biến hình ảnh CCD Kích thước nhỏ
15
Sợi quang Tầm nhìn nhỏ (đường kính 0,2 mm) dùng cơ cấu
chấp hành cuộn SMA
Vi cảm biến siêu âm Phát hiện lỗi trong đường ống nhỏ
Vi cảm biến xúc giác Phát hiện độ tiếp cận giữa đầu ống thông nước tiểu
và mạch máu
1.2 Nguyên lý hoạt động
1.2.1. Cảm biến tuyến tính và quay
Các cảm biến vị trí tịnh tiến và quay là hai trong các đo lường cơ bản nhất
dùng trong một hệ cơ điện tử điển hình. Các loại cảm biến vị trí phổ biến nhất
được liệt kê trong bảng 16.1. Thông thường, các cảm biến vị trí đưa ra tín hiệu điện tỷ
lệ với dịch chuyển cần đo. Có các loại cảm biến tiếp xúc như đầu đo biến dạng, LVDT,
RVDT, đầu đo tốc độ, v.v.. Các dạng không tiếp xúc gồm có encoder, cảm biến theo
hiệu ứng Hall, cảm biến điện dung, điện cảm, và giao thoa kế. Cũng có thể phân loại
chúng dựa trên dải đo. Dạng cảm biến có độ phân giải cao như hiệu ứng Hall, điện
cảm sợi quang, điện dung, và đầu đo biến dạng chỉ thích hợp cho những dải đo rất
nhỏ (thường từ 0,1 mm đến 5 mm). Nói cách khác, bộ biến đổi vi sai có dải đo lớn hơn
với độ phân giải tốt. Các cảm biến kiểu giao thoa cung cấp độ phân giải rất cao (cỡ
micro) và dải đo lớn (thường lên tới 1 m). Tuy nhiên, cảm biến kiểu giao thoa có
kích thước lớn, đắt tiền, và cần nhiều thời gian cài đặt.
Hình 1.1. Đầu đo biến dạng
Trong số nhiều cảm biến dịch chuyển tuyến tính, đầu đo biến dạng có độ
phân giải cao với mức nhiễu thấp và giá thành không cao. Một đầu đo biến dạng
kiểu điện trở điển hình là lá điện trở được sắp xếp như thấy trên hình vẽ. Đo biến
dạng pháp tuyến của một phần tử bị kéo căng được thực hiện như thấy trên hình
1.2. Đầu đo biến dạng 1 được liên kết với phần tử chịu tải trong khi đầu đo biến
dạng 2 được liên kết với phần tử thứ hai được làm bằng vật liệu tương tự nhưng
không chịu tải. Sự bố trí này sẽ bù được các hiệu ứng nhiệt. Khi phần tử bị chịu tải,
16
đầu đo biến dạng 1 sẽ bị kéo dài làm thay đổi điện trở của đầu đo biến dạng. Sự
thay đổi điện trở được chuyển đổi thành thay đổi điện áp bằng mạch cầu
wheatstone cảm ứng điện áp. Giả thiết rằng, điện trở của cả bốn nhánh ban đầu
bằng nhau, sự thay đổi trong điện áp đầu ra ( Dν0 ) do sự thay đổi điện trở ( DR0 )
của đầu đo 1 là:
Hình 1.2. Đầu đo biến dạng
1.2.2. Cảm biến tiếp cận
Được dùng để cảm nhận độ tiếp cận của một vật thể so với vật thể khác.
Chúng thường cho tín hiệu on hoặc off nhằm biểu diễn sự có mặt hay không có mặt
của một vật thể. Các cảm biến tiếp cận thường là các dạng cảm ứng, điện dung, quang
điện và hiệu ứng Hall. Cảm biến tiếp cận dạng cảm ứng gồm một cuộn dây quấn
quanh một lõi sắt mềm. Độ tự cảm của cảm biến thay đổi khi một vật có từ tính ở gần
nó. Sự thay đổi này được chuyển thành chuyển mạch trigơ điện áp. Các dạng điện
dung tương tự dạng cảm ứng trừ sự tiếp cận của một vật thể thay đổi khoảng cách và
tác động đến điện dung. Cảm biến dạng quang điện thường nối thẳng với một nguồn
sáng hồng ngoại. Sự tiếp cận của một vật chuyển động sẽ ngắt tia sáng gây nên sự
thay đổi cấp độ điện áp. Điện áp hiệu ứng Hall sinh ra khi dây dẫn mang dòng điện
được đặt trong một từ trường ngang. Điện áp tỷ lệ với dịch chuyển ngang giữa cảm biến
hiệu ứng Hall và vật thể tiếp cận nó.
1.2.3. Cảm biến quang
Cường độ ánh sáng và tầm nhìn là hai dạng đo lường quan trọng trong rất
nhiều ứng dụng điều khiển. Tranzito quang, quang trở, và điôt quang là những dạng
thường thấy của các cảm biến cường độ ánh sáng. Một quang trở thông thường
được làm từ catmi sunfua có điện trở lớn nhất khi cảm biến ở trong bóng tối. Khi
17
quang trở được đặt dưới ánh sáng, điện trở của nó giảm tỷ lệ với cường độ ánh sáng.
Khi kết hợp với một mạch như trên hình 1.2 và được cân bằng, sự thay đổi cường độ
ánh sáng sẽ được chuyển thành sự thay đổi điện áp. Các cảm biến này đơn giản, tin
cậy và rẻ được dùng rộng rãi trong các phép đo cường độ ánh sáng.
2. Giới thiệu về cơ cấu chấp hành trên MPS.
Về cơ bản, các cơ cấu chấp hành là phần cơ phía sau một hệ cơ điện tử, nhận lệnh
điều khiển (hầu hết là dạng tín hiệu điện) và sinh ra một sự thay đổi trong hệ vật lý
bằng cách tạo lực, chuyển động, nhiệt, dòng chảy, v.v.. Thông thường, các cơ cấu
chấp hành được sử dụng kết hợp với nguồn năng lượng và một cơ cấu ghép nối như
trên hình 1.3. Phần nguồn cung cấp năng lượng AC hoặc DC với điện áp hay dòng điện
định mức. Cơ cấu ly hợp là phần trung gian giữa cơ cấu chấp hành và hệ vật lý. Các cơ
cấu thông thường là thanh răng-bánh răng, truyền động bánh răng, truyền đông đai,
vítme-đai ốc, pít-tông và các thanh nối.
2.1. Phân loại
Cơ cấu chấp hành có thể phân loại dựa trên dạng năng lượng như liệt kê
trong bảng 1.1. Bảng này liệt kê tất cả các dạng cơ bản nhất. Về cơ bản có các dạng
điện, điện-cơ, điện-từ, thủy lực và khí nén. Các dạng cơ cấu chấp hành thế hệ mới bao
gồm cơ cấu chấp hành vật liệu thông minh, vi cơ cấu chấp hành và cơ cấu chấp hành
nano.
Cơ cấu chấp hành cũng có thể phân loại thành dạng nhị phân và liên tục dựa trên
số lượng đầu ra trạng thái ổn định. Một rơle với 2 trạng thái ổn định là một ví dụ điển
hình của cơ cấu chấp hành dạng nhị phân. Tương tự, một động cơ bước là một ví dụ
điển hình cho cơ cấu chấp hành dạng liên tục. Khi được dùng cho điều khiển vị trí,
động cơ bước có thể cung cấp các đầu ra ổn định với số gia dịch chuyển rất nhỏ.
2.2. Nguyên lý hoạt động
2.2.1. Cơ cấu chấp hành điện
Các bộ chuyển mạch điện là sự lựa chọn của các cơ cấu chấp hành dùng cho hầu
hết các hoạt động điều khiển đóng-mở. Các thiết bị chuyển mạch như điôt, tranzito,
triac, MOSFET, và rơle nhận một tín hiệu ra lệnh
Các file đính kèm theo tài liệu này:
giao_trinh_lap_rap_he_thong_san_xuat_linh_hoat_mps.pdf