Điều Khiển Công Nghệ Khoan: Giới Thiệu và Ứng Dụng

Khám phá công nghệ khoan hiện đại, các phương pháp điều khiển và ứng dụng trong ngành công nghiệp. Tối ưu hóa hiệu suất và độ chính xác.

• Trường học: Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng
• Đề tài: Công Nghệ Khoan: Giới Thiệu và Ứng Dụng
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Địa điểm: Hải Phòng

Mục lục chi tiết

• LỜI NÓI ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ
• 1.1. Giới thiệu về một số cảm biến vị trí và dịch chuyển
• 1.1.1. Nguyên lý hoạt động
• 1.1.2. Phạm vi sử dụng
• 1.1.3. Đặc điểm riêng và hình dạng mới
• 1.1.4. Cảm biến đo dịch chuyển bằng sóng đàn hồi
• 1.1.5. Phạm vi ứng dụng
• 1.1.6. Hình ảnh và thông số kỹ thuật của một vài cảm biến quang
• 1.1.7. Phạm vi ứng dụng
• 1.1.8. Hình ảnh và thông số kỹ thuật cảm biến điện dung
• 1.1.9. Hình ảnh và thông số kỹ thuật một vài cảm biến điện cảm
• 1.1.10. Cảm biến hồng ngoại
• 1.1.10.1. Nguyên tắc hoạt động
• 1.1.10.2. Phạm vi ứng dụng
• 1.2. Giới thiệu về công nghệ khoan 1 lỗ hai giai đoạn
• 2. CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ PLC
• 2.1. Tổng quan về PLC
• 2.1.1. Giới thiệu về PLC (Programmable Logic Control) (Bộ điều khiển logic khả trình)
• 2.1.2. Các bộ điều khiển và phạm vi ứng dụng
• 2.1.3. Các lĩnh vực ứng dụng PLC
• 2.1.4. Các ưu điểm khi sử dụng hệ thống điều khiển với PLC
• 2.1.5. Giới thiệu các ngôn ngữ lập trình
• 2.2. Cấu trúc phần cứng PLC họ S7
• 2.2.1. Các tiêu chuẩn và thông số kỹ thuật họ S7-200
• 2.2.2. Các tính năng của PLC S7-200
• 2.2.3. Giới thiệu cấu tạo phần cứng các KIT thí nghiệm S7-200
• 2.2.4. Cấu trúc bộ nhớ của CPU
• 2.2.5. Các lệnh vào/ra
• 2.2.6. Các lệnh ghi / xoá giá trị cho tiếp điểm
• 2.2.7. Các lệnh logic đại số boolean
• 2.2.8. Timer: TON, TOF, TONR
• 2.3. Ngôn ngữ lập trình STEP7
• 2.3.1. Cài đặt STEP7
• 2.3.2. Trình tự các bước thiết kế chương trình điều khiển
• 2.3.3. Khởi động chương trình tạo project
• 2.3.4. Viết chương trình điều khiển
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHỆ KHOAN
• 3.1. Sơ đồ mạch lực và lựa chọn thiết bị
• 3.1.1. Lựa chọn thiết bị
• 3.1.2. Phần tử chấp hành
• 3.2. Viết chương trình PLC cho công nghệ khoan
• KẾT LUẬN

Tóm tắt

I. Giới thiệu về công nghệ khoan Khái niệm và tầm quan trọng

Công nghệ khoan là một lĩnh vực quan trọng trong ngành công nghiệp hiện đại, đóng vai trò then chốt trong việc khai thác tài nguyên và xây dựng cơ sở hạ tầng. Công nghệ này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian và chi phí mà còn nâng cao hiệu quả trong các quy trình sản xuất. Việc áp dụng các kỹ thuật khoan tiên tiến đã mang lại nhiều lợi ích cho các ngành công nghiệp khác nhau, từ xây dựng đến khai thác dầu khí.

1.1. Khái niệm công nghệ khoan và các loại hình khoan

Công nghệ khoan bao gồm nhiều phương pháp khác nhau như khoan dầu khí, khoan địa chất, và khoan công nghiệp. Mỗi loại hình khoan có những đặc điểm và ứng dụng riêng, phục vụ cho các mục đích khác nhau trong sản xuất và khai thác.

1.2. Tầm quan trọng của công nghệ khoan trong sản xuất

Công nghệ khoan không chỉ giúp tăng năng suất mà còn giảm thiểu tác động đến môi trường. Việc áp dụng công nghệ khoan hiện đại giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí.

II. Các thách thức trong công nghệ khoan hiện đại Vấn đề và giải pháp

Mặc dù công nghệ khoan đã phát triển mạnh mẽ, nhưng vẫn tồn tại nhiều thách thức cần được giải quyết. Các vấn đề như độ chính xác trong khoan, chi phí bảo trì thiết bị, và tác động đến môi trường là những yếu tố quan trọng cần xem xét. Để vượt qua những thách thức này, cần có các giải pháp hiệu quả và bền vững.

2.1. Độ chính xác và hiệu suất trong khoan

Độ chính xác trong khoan địa chất là một yếu tố quyết định đến thành công của dự án. Việc sử dụng các thiết bị khoan tự động và công nghệ cảm biến hiện đại có thể giúp cải thiện độ chính xác và hiệu suất khoan.

2.2. Chi phí bảo trì và vận hành thiết bị khoan

Chi phí bảo trì thiết bị khoan có thể ảnh hưởng lớn đến ngân sách dự án. Việc áp dụng các công nghệ mới như cảm biến điện cảm và cảm biến quang giúp theo dõi tình trạng thiết bị, từ đó giảm thiểu chi phí bảo trì.

III. Phương pháp khoan hiện đại Giải pháp tối ưu cho ngành công nghiệp

Các phương pháp khoan hiện đại đang được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Những công nghệ này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả mà còn giảm thiểu tác động đến môi trường. Việc áp dụng công nghệ khoan tiên tiến là cần thiết để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

3.1. Công nghệ khoan tự động Tương lai của ngành khoan

Công nghệ khoan tự động đang trở thành xu hướng mới trong ngành công nghiệp. Việc sử dụng máy khoan tự động giúp tăng năng suất và giảm thiểu rủi ro cho công nhân.

3.2. Ứng dụng cảm biến trong công nghệ khoan

Cảm biến đóng vai trò quan trọng trong việc theo dõi và điều khiển quá trình khoan. Các loại cảm biến như cảm biến Hall và cảm biến siêu âm giúp cải thiện độ chính xác và hiệu suất của thiết bị khoan.

IV. Ứng dụng thực tiễn của công nghệ khoan trong ngành công nghiệp

Công nghệ khoan đã được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ xây dựng đến khai thác tài nguyên. Những ứng dụng này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian và chi phí mà còn nâng cao hiệu quả sản xuất.

4.1. Ứng dụng trong ngành xây dựng

Trong ngành xây dựng, công nghệ khoan được sử dụng để tạo ra các lỗ khoan cho cọc bê tông và các cấu trúc khác. Việc áp dụng công nghệ khoan hiện đại giúp tăng cường độ bền và độ ổn định của công trình.

4.2. Ứng dụng trong khai thác dầu khí

Công nghệ khoan là yếu tố then chốt trong khai thác dầu khí. Việc sử dụng các thiết bị khoan tiên tiến giúp tối ưu hóa quy trình khai thác và giảm thiểu tác động đến môi trường.

V. Kết luận Tương lai của công nghệ khoan và những xu hướng mới

Công nghệ khoan đang trên đà phát triển mạnh mẽ với nhiều xu hướng mới. Việc áp dụng các công nghệ tiên tiến sẽ giúp nâng cao hiệu quả và giảm thiểu tác động đến môi trường. Tương lai của công nghệ khoan hứa hẹn sẽ mang lại nhiều cơ hội mới cho ngành công nghiệp.

5.1. Xu hướng phát triển công nghệ khoan

Xu hướng phát triển công nghệ khoan hiện nay tập trung vào việc cải thiện độ chính xác và hiệu suất. Các công nghệ như khoan tự động và cảm biến thông minh sẽ đóng vai trò quan trọng trong tương lai.

5.2. Tác động của công nghệ khoan đến môi trường

Công nghệ khoan hiện đại không chỉ giúp nâng cao hiệu quả sản xuất mà còn giảm thiểu tác động đến môi trường. Việc áp dụng các biện pháp bảo vệ môi trường trong quá trình khoan là rất cần thiết.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong xu thế công nghiệp hóa và hiện đại hóa sản xuất, mức độ tự động hóa quy trình công nghệ đóng vai trò quyết định đến năng suất lao động và chất lượng sản phẩm công nghiệp. Ngành cơ khí chế tạo máy đòi hỏi các công đoạn gia công cắt gọt kim loại—như tiện, phay, bào, doa, xọc và khoan—phải được tự động hóa đồng bộ trên dây chuyền để loại bỏ thao tác thủ công, tăng độ đồng đều và giảm nhẹ cường độ làm việc của công nhân.

Quá trình khoan tạo lỗ trên bề mặt phôi kim loại yêu cầu kiểm soát chính xác về kích thước đường kính, tọa độ vị trí và chiều sâu định trước. Trong công nghệ khoan lỗ sâu, việc khoan liên tục trong một hành trình duy nhất dễ gây ra hiện tượng kẹt phoi, gãy mũi khoan hoặc quá nhiệt bề mặt tiếp xúc. Do đó, công nghệ khoan 1 lỗ hai giai đoạn (khoan phân đoạn kết hợp nhấc dao thoát phoi) được áp dụng nhằm tối ưu hóa chế độ cắt gọt. Chất lượng bề mặt gia công và năng suất làm việc phụ thuộc trực tiếp vào hệ thống điều khiển truyền động.

Đề tài tốt nghiệp của tác giả Bùi Giang Nam (Lớp ĐCL 201, Trường Đại học Dân Lập Hải Phòng) tập trung giải quyết bài toán: Thiết kế bộ điều khiển công nghệ khoan ứng dụng thiết bị điều khiển logic khả trình (PLC - Programmable Logic Controller).

Nhiệm vụ và mục tiêu nghiên cứu cụ thể của đề tài gồm:

1. Nghiên cứu tổng quan nguyên lý hoạt động, đặc tính kỹ thuật và phạm vi ứng dụng của các loại cảm biến vị trí và dịch chuyển trong công nghiệp (cảm biến Hall, siêu âm, sóng đàn hồi, quang học, điện dung, điện cảm, hồng ngoại).
2. Khảo sát cấu trúc phần cứng, phân vùng bộ nhớ, tập lệnh logic và phương pháp lập trình điều khiển cho dòng PLC SIMATIC S7-200 (trọng tâm là CPU 214) của hãng Siemens trên phần mềm STEP 7.
3. Thiết kế hệ thống điều khiển tự động cho chu trình công nghệ khoan 1 lỗ hai giai đoạn, bao gồm xây dựng sơ đồ công nghệ, lựa chọn phần tử chấp hành, phân bổ tín hiệu vào/ra và lập trình điều khiển bằng ngôn ngữ sơ đồ thang (Ladder Logic - LAD).

Đối tượng nghiên cứu là chu trình công nghệ khoan 1 lỗ hai giai đoạn và bộ điều khiển logic khả trình PLC SIMATIC S7-200. Phạm vi nghiên cứu giới hạn ở việc khảo cứu các dòng cảm biến công nghiệp, phân tích tập lệnh của CPU 214 thông qua bộ KIT thí nghiệm PLC-Station 1200 và xây dựng chương trình điều khiển theo quy trình dịch chuyển vị trí định sẵn bởi các công tắc hành trình.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết của đồ án dựa trên các nguyên lý kỹ thuật đo lường, lý thuyết điều khiển tự động và kiến trúc hệ thống điều khiển khả trình:

• Nguyên lý cảm biến đo vị trí và dịch chuyển: Cơ sở vật lý của hiệu ứng Hall (mối liên hệ giữa điện thế hai đầu dây dẫn với từ trường), sóng siêu âm (tính toán khoảng thời gian giữa phát và thu sóng âm), nguyên lý biến thiên điện dung của tụ điện phẳng/hình trụ, hiện tượng biến thiên cảm ứng điện từ qua cuộn cảm, cảm biến quang điện (phát xạ, soi thấu) và cảm biến nhiệt bức xạ hồng ngoại.
• Lý thuyết điều khiển logic khả trình PLC: Khái niệm hệ thống điều khiển số theo chu kỳ quét (Scan Cycle), lưu trữ chương trình dưới dạng các khối OB, FC, FB; đại số logic Boolean cho mạch đóng/cắt không nhớ; cấu trúc hoạt động của các bộ định thời (Timer) và bộ đếm (Counter).

Phương pháp nghiên cứu được tác giả áp dụng bao gồm:

• Phương pháp phân tích - tổng hợp tài liệu kỹ thuật: Phân loại các bộ điều khiển công nghiệp (Vi xử lý, PLC, Máy tính công nghiệp); tổng hợp thông số kỹ thuật các dòng PLC của Siemens (S7-200, S7-300, S7-400, Logo) và Mitsubishi (Fx, Fx0, Fx0n); khảo sát thông số cảm biến siêu âm thương mại SRF02, SRF05.
• Phương pháp thiết kế hệ thống kỹ thuật: Xây dựng thuật toán điều khiển tuần tự dựa trên đồ hình trạng thái hành trình công nghệ; chuyển đổi lưu đồ thuật toán sang ngôn ngữ lập trình hình thang (LAD).
• Phương pháp thực nghiệm - mô phỏng: Ứng dụng mô hình kit thí nghiệm PLC-Station 1200 để đấu nối phần cứng, kết nối các đầu vào/ra logic và tương tự với các khối mô phỏng công tắc, rơ-le và đèn báo.

Nguồn dữ liệu kỹ thuật sử dụng trong công trình gồm tài liệu hướng dẫn kỹ thuật họ PLC S7-200 của hãng Siemens, thông số kỹ thuật thiết bị cảm biến công nghiệp và sơ đồ nguyên lý vận hành máy gia công cắt gọt.

Thiết kế và triển khai hệ thống điều khiển

Quy trình công nghệ khoan 1 lỗ hai giai đoạn

Hệ thống vận hành dựa trên tín hiệu xác định vị trí của 4 công tắc hành trình gắn trên trục chuyển động của đầu khoan, ký hiệu là A, B, C, D:

• Vị trí A: Vị trí cao nhất (vị trí gốc/dừng của đầu khoan).
• Vị trí B: Vị trí bắt đầu tiếp xúc với bề mặt vật liệu phôi.
• Vị trí C: Vị trí kết thúc giai đoạn khoan thứ nhất (chiều sâu khoan trung gian).
• Vị trí D: Vị trí đáy lỗ khoan (hoàn thành toàn bộ chiều sâu lỗ).

Hành trình công nghệ gồm 2 giai đoạn chuyển động với 2 cấp vận tốc:

1. Giai đoạn 1: Đầu khoan đi xuống nhanh với vận tốc $V_1$ từ vị trí A đến vị trí B. Khi chạm công tắc hành trình B (gặp vật liệu), hệ thống chuyển sang tốc độ cắt gọt $V_2$ để tiến hành khoan sâu xuống vị trí C. Khi chạm công tắc C, đầu khoan đảo chiều chuyển động, nhấc lên với vận tốc $V_1$ về vị trí A để thoát phoi và làm mát mũi khoan.
2. Giai đoạn 2: Khi chạm công tắc A, đầu khoan tự động đảo chiều đi xuống với vận tốc nhanh $V_1$. Khi đến vị trí C (đã khoan xong ở bước 1), hệ thống chuyển sang vận tốc làm việc $V_2$ để khoan tiếp phần vật liệu còn lại cho đến khi chạm công tắc hành trình D. Khi hoàn tất chiều sâu gia công tại D, đầu khoan đảo chiều lùi lên nhanh với vận tốc $V_1$ về vị trí A và dừng hẳn, kết thúc chu trình làm việc.

[Vị trí A: Điểm dừng trên]
[Vị trí B: Mặt phôi]

Cấu trúc phần cứng PLC S7-200 và KIT thí nghiệm

Hệ thống điều khiển trung tâm sử dụng module CPU 214 thuộc dòng SIMATIC S7-200 của Siemens. Cấu hình phần cứng và module liên kết trong mô hình thí nghiệm bao gồm:

Tên thiết bị / Khối chức năng	Mã ký hiệu	Đặc tính kỹ thuật
Bộ điều khiển lập trình trung tâm	CPU 214	Nguồn cấp AC, tích hợp ngõ vào/ra số 24VDC, tích hợp cổng truyền thông RS-485
Module mở rộng ngõ vào/ra số	EM 223	4 ngõ vào số DC 24V, 4 ngõ ra Relay
Module mở rộng tín hiệu tương tự	EM 235	3 ngõ vào Analog, 1 ngõ ra Analog độ phân giải 12-bit
Khối mô phỏng công tắc	LSW-16	Cung cấp tín hiệu nhị phân 16 kênh vào
Khối rơ-le trung gian	RL-16	Tập hợp các rơ-le điện áp 24VDC
Khối hiển thị đầu ra	LL-16	Cụm đèn chỉ thị trạng thái 24V
Khối tạo tín hiệu tương tự	AM-1 Simulator	Biến trở định mức 10 kΩ
Khối đồng hồ đo điện áp	DCV-804	Đo lường điện áp hiển thị số
Khối nguồn nuôi hệ thống	PS-800	Cung cấp nguồn 24VDC từ nguồn lưới 220VAC
Module truyền thông giao tiếp mạng	CP 242-2	Hỗ trợ kết nối mạng AS-Interface, quản lý tới 31 module AS (248 phần tử nhị phân)

Phân vùng bộ nhớ và cấu trúc tập lệnh điều khiển

Bộ nhớ của CPU 214 được tổ chức thành 4 phân vùng chính:

• Vùng nhớ chương trình: Lưu trữ các lệnh điều khiển, thuộc kiểu không bay hơi (non-volatile), hỗ trợ đọc/ghi.
• Vùng nhớ tham số: Lưu trữ từ khóa, địa chỉ trạm, cấu hình truyền thông.
• Vùng nhớ dữ liệu: Chia thành các miền chức năng truy cập theo bit, byte (B), từ đơn (W - 16 bit), hoặc từ kép (D - 32 bit):
  • Miền biến lưu trữ (Variable Memory - V): 1 KByte đầu tiên của CPU 214 hỗ trợ đọc/ghi động.
  • Vùng đệm cổng vào/ra số (I và Q).
  • Miền nhớ nội (M) và miền nhớ đặc biệt (SM).
  • Hỗ trợ định vị địa chỉ gián tiếp qua con trỏ trên các thanh ghi Accumulator AC1, AC2, AC3 hoặc vùng nhớ V bằng toán tử lấy địa chỉ & (ví dụ: AC1 = &VB150, VD100 = &VW150).
• Vùng nhớ đối tượng:
  • Timer: 256 bộ định thời (từ T0 đến T255) gồm các loại TON (Delay On), TOF (Delay Off), TONR (Delay On có nhớ).
  • Counter: Các bộ đếm định dạng word 16-bit (từ C0 đến C255) với dải đếm từ 0 đến 999 (hoặc giá trị tối đa 32767), hỗ trợ đếm tiến (CU), đếm lùi (CD), gán giá trị đặt trước (PV), chân xóa (R) và chân đọc trạng thái nhị phân (Q).

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Giới thiệu công nghệ

Chương I trình bày cơ sở lý thuyết kỹ thuật về các thiết bị đo lường cảm biến công nghiệp và phân tích quy trình công nghệ khoan lỗ sâu phân đoạn.

Về cảm biến đo vị trí và dịch chuyển, tác giả phân tích chi tiết 7 nhóm công nghệ:

1. Cảm biến Hall: Hoạt động dựa trên sự suy giảm từ lực khi vật nhiễm từ tiến lại gần nam châm vĩnh cửu. Để mở rộng dải làm việc và nâng cao độ chính xác, cảm biến được tuyến tính hóa trong dải từ trường $-640 < B < 640\text{ Gauss}$, xuất điện áp đầu ra tương tự $0\text{--}10\text{VDC}$ tương ứng với góc quay $0\text{--}360^\circ$ của trục gắn đĩa nam châm (Ring Magnet), kết hợp thu thập dữ liệu qua vi điều khiển PIC.
2. Cảm biến siêu âm: Xác định vị trí qua thời gian phản hồi của chùm sóng âm $\Delta t$. Đồ án đưa ra bảng thông số kỹ thuật chi tiết của hai dòng cảm biến thương mại:
   • SRF02: Nguồn cấp 5V, dòng tiêu thụ 4mA, tần số phát 40KHz, phạm vi đo $15\text{cm}\text{--}6\text{m}$, giao tiếp mạng I2C hoặc UART nối tiếp, trọng lượng 4.6g, kích thước $24\times 20\times 17\text{ mm}$, tích hợp thuật toán thông minh Autotune.
   • SRF05: Nguồn cấp 5V, dòng tiêu thụ 4mA, tần số 40KHz, cự ly đo $1\text{cm}\text{--}4\text{m}$, kích hoạt bằng xung mức TTL tối thiểu 10 $\mu\text{s}$, kích thước $43\times 20\times 17\text{ mm}$.
3. Cảm biến sóng đàn hồi: Định vị vị trí dựa trên phần tử áp điện phát và thu sóng âm.
4. Cảm biến quang điện: Gồm loại phát xạ và soi thấu; ứng dụng định vị chi tiết trong máy CNC, phân loại màu thực phẩm, cảm biến lùi xe hơi (Toyota) và hệ thống bướm ga điện tử ETCS-i trên động cơ đốt trong.
5. Cảm biến điện dung: Cấu tạo gồm bản cực tĩnh và bản cực động (hoặc tụ kép vi sai), ứng dụng đo chênh áp lưu chất, đo dịch chuyển chi tiết máy và đo áp suất thủy tĩnh.
6. Cảm biến điện cảm: Hoạt động dựa trên sự biến thiên từ thông của mạch từ khi lõi sắt dịch chuyển; gồm cảm biến tự cảm (khe từ biến thiên, lõi từ di động) và cảm biến hỗ cảm (vi sai, biến thế vi sai).
7. Cảm biến hồng ngoại: Cảm nhận bức xạ nhiệt môi trường; ứng dụng trong robot, cửa tự động thang máy và công nghệ Intelligent Eye trên máy điều hòa nhiệt độ (tự động điều chỉnh nhiệt độ $\pm 2^\circ\text{C}$, giúp tiết kiệm 20% năng lượng ở chế độ làm lạnh và 30% ở chế độ sưởi ấm).

Nội dung phần sau của Chương I mô tả sơ đồ công nghệ khoan 1 lỗ hai giai đoạn với 4 công tắc hành trình A, B, C, D cùng chu trình chuyển đổi 2 cấp tốc độ $V_1, V_2$ và quá trình nhấc dao thoát phoi tự động.

Chương II: Giới thiệu về PLC

Chương II hệ thống hóa toàn diện cơ sở kỹ thuật về thiết bị điều khiển logic khả trình PLC và dòng sản phẩm SIMATIC S7-200.

Tác giả tóm lược lịch sử hình thành của PLC từ năm 1968 theo yêu cầu của hãng xe General Motors nhằm thay thế các tủ rơ-le cồng kềnh. So sánh ưu thế của PLC so với hệ điều khiển vi xử lý và máy tính: khả năng hoạt động ổn định trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt, độ mềm dẻo cao khi thay đổi giải thuật phần mềm, kích thước nhỏ gọn và dễ dàng mở rộng đầu vào/ra.

Chương này giới thiệu 5 ngôn ngữ lập trình chuẩn hóa theo IEC trên PLC họ S7-300/S7-200:

• Ngôn ngữ hình thang (Ladder Logic - LAD).
• Ngôn ngữ liệt kê lệnh (Statement List - STL).
• Ngôn ngữ hình khối chức năng (Function Block Diagram - FBD).
• Ngôn ngữ GRAPH (dựa trên lưu đồ Grafcet khí nén).
• Ngôn ngữ High GRAPH.

Đi sâu vào phần cứng S7-200, đồ án mô tả chi tiết:

• Dòng CPU: CPU 212, CPU 214, CPU 215, CPU 216 và khả năng ghép nối tối đa 7 module mở rộng EM.
• Đèn báo trạng thái: SF (đèn đỏ báo lỗi hệ thống), RUN (đèn xanh báo chế độ chạy chương trình), STOP (đèn vàng báo dừng), Ix (đèn xanh báo trạng thái logic cổng vào), Qy (đèn xanh báo trạng thái logic cổng ra).
• Công tắc vận hành 3 vị trí: RUN, TERM (cho phép máy tính điều khiển chế độ từ xa), STOP.
• Cấu hình KIT thí nghiệm PLC-Station 1200 tích hợp CPU 214, EM 223, EM 235 và các khối công tắc, rơ-le, đèn, biến trở.
• Cấu trúc bộ nhớ (Program, Parameter, Data Memory V, I, Q, M, SM và Object Memory Timer/Counter) cùng cơ chế định vị địa chỉ con trỏ gián tiếp.
• Tập lệnh logic Boolean căn bản: tiếp điểm thường mở, tiếp điểm thường đóng, lệnh OUTPUT, SET (S), RESET (R), các phép toán AND (A), AND NOT (AN), OR (O), OR NOT (ON), OLD.
• Nguyên lý hoạt động của các khối định thì Timer TON, TOF, TONR và khối đếm Counter CU, CD (đặt trước giá trị qua PV, reset qua chân R, dải đếm $0\text{--}999$ hoặc tối đa $32767$).

Chương III: Thiết kế bộ điều khiển công nghệ khoan

Chương III trình bày quá trình tính toán và thiết kế hệ thống điều khiển ứng dụng cho máy khoan 1 lỗ 2 giai đoạn:

• Xây dựng sơ đồ mạch lực và lựa chọn thiết bị: Lựa chọn aptomat bảo vệ, công tắc tơ đóng cắt động cơ truyền động chính cho trục chính máy khoan và động cơ ăn dao điều khiển tốc độ tịnh tiến hai cấp $V_1, V_2$.
• Lựa chọn phần tử chấp hành và thiết bị cảm biến: Bố trí 4 công tắc hành trình A, B, C, D tại các mốc cơ khí trên thân máy; sử dụng các rơ-le điện áp 24VDC của khối RL-16 làm mạch đệm điều khiển đóng ngắt mạch động lực.
• Viết chương trình điều khiển PLC: Thiết lập bảng gán địa chỉ đầu vào (nút bấm Start, Stop, các công tắc hành trình A, B, C, D) và đầu ra (cuộn hút động cơ quay thuận, chạy tốc độ nhanh $V_1$, chạy tốc độ khoan $V_2$); xây dựng chương trình LAD trên phần mềm STEP 7 thực hiện đúng trình tự logic 2 giai đoạn đã đặt ra.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật đạt được

1. Hoàn thiện cấu hình điều khiển tự động chu trình khoan: Đã thiết kế hoàn chỉnh hệ thống điều khiển chu trình khoan 1 lỗ 2 giai đoạn theo đúng biểu đồ hành trình công nghệ. Tín hiệu phản hồi từ 4 công tắc hành trình A, B, C, D được xử lý tuần tự qua chương trình LAD trên CPU 214, đảm bảo tự động chuyển đổi giữa 2 cấp vận tốc $V_1$ (chạy nhanh không tải) và $V_2$ (khoan cắt gọt có tải) và tự động lùi dao về vị trí A để thoát phoi sau giai đoạn 1.
2. Tổng hợp cơ sở dữ liệu kỹ thuật về cảm biến công nghiệp: Đồ án đã hệ thống hóa các tham số kỹ thuật thực nghiệm của các dòng cảm biến đo vị trí, cụ thể:
   • Đo khoảng cách chính xác bằng cảm biến siêu âm SRF02 ($15\text{cm}\text{--}6\text{m}$, góc quay 64 bước, giao tiếp I2C) và SRF05 ($1\text{cm}\text{--}4\text{m}$, xung kích $10\mu\text{s}$).
   • Tuyến tính hóa tín hiệu cảm biến góc quay hiệu ứng Hall sang dải điện áp $0\text{--}10\text{VDC}$ cho góc $0\text{--}360^\circ$ trong từ trường $-640 < B < 640\text{ Gauss}$.
3. Khai thác bộ KIT thí nghiệm PLC-Station 1200: Xây dựng phương pháp ghép nối hoàn chỉnh giữa module CPU 214 với module ngõ vào/ra số EM 223, module tương tự EM 235 và các khối phụ trợ (LSW-16, RL-16, LL-16, AM-1 Simulator) để phục vụ lập trình mô phỏng điều khiển số.

Giải pháp và đóng góp của tác giả

• Đề xuất thay thế mạch điều khiển logic rơ-le cồng kềnh, kém linh hoạt bằng giải thuật lập trình LAD trên PLC S7-200. Giải pháp này giúp dễ dàng tùy biến chiều sâu và tốc độ khoan mà không cần thay đổi đấu nối dây phần cứng.
• Xây dựng tài liệu hướng dẫn chi tiết về cấu trúc phân vùng bộ nhớ và cơ chế địa chỉ hóa con trỏ gián tiếp trên PLC Siemens họ S7-200 (sử dụng các thanh ghi AC1, AC2, AC3 và vùng nhớ V), tạo tài liệu tham khảo cho việc thiết kế các thuật toán điều khiển tuần tự công nghiệp.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế:
  • Quy trình công nghệ mới chỉ dừng lại ở bài toán khoan 1 lỗ hai giai đoạn đơn lẻ, chưa tích hợp hệ thống kẹp phôi tự động hoặc giám sát quá tải dòng động cơ khi mũi khoan bị kẹt.
  • Các thử nghiệm chương trình điều khiển chủ yếu thực hiện thông qua mô phỏng tín hiệu trên bộ KIT thí nghiệm PLC-Station 1200 và phần mềm STEP 7, chưa triển khai ghép nối trực tiếp trên máy công cụ thực tế tại xưởng gia công.
• Hướng nghiên cứu mở rộng:
  • Ứng dụng module truyền thông CP 242-2 để kết nối mạng cảm biến - chấp hành AS-Interface (quản lý tới 31 trạm với 248 đầu vào/ra nhị phân) hoặc kết nối qua chuẩn mạng RS-485 / Profibus nhằm giám sát tập trung từ máy tính trung tâm.
  • Nâng cấp chương trình điều khiển cho máy khoan nhiều đầu hoặc dây chuyền khoan tự động nhiều bước trên các trung tâm gia công CNC.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo kỹ thuật hữu ích cho:

• Sinh viên và học viên ngành Kỹ thuật Điều khiển & Tự động hóa, Cơ điện tử, Điện tự động công nghiệp: Cung cấp tài liệu tra cứu có hệ thống về tập lệnh PLC S7-200, cấu trúc phân vùng bộ nhớ, kỹ thuật sử dụng con trỏ gián tiếp, cấu hình Timer (TON, TOF, TONR) và Counter (CU, CD).
• Kỹ sư bảo dưỡng và vận hành máy công cụ: Tham khảo quy trình thiết kế điều khiển hành trình máy gia công cắt gọt, phương pháp ghép nối mạch điều khiển PLC với mạch lực đóng cắt động cơ.
• Phần giá trị tham khảo cao nhất: Bảng thông số kỹ thuật các loại cảm biến công nghiệp (Hall, siêu âm SRF02/SRF05, hồng ngoại Intelligent Eye) và hướng dẫn thiết kế các bài thực hành trên KIT thí nghiệm PLC-Station 1200 kết hợp CPU 214.

Câu hỏi thường gặp

1. Chu trình công nghệ khoan 1 lỗ hai giai đoạn vận hành như thế nào qua các công tắc hành trình A, B, C, D? Đầu khoan bắt đầu từ vị trí A đi xuống nhanh với vận tốc $V_1$. Khi chạm công tắc B (bắt đầu tiếp xúc phôi), hệ thống giảm tốc độ sang $V_2$ để tiến hành khoan giai đoạn 1. Khi chạm công tắc C, đầu khoan đảo chiều nhấc lên với vận tốc $V_1$ về vị trí A để tháo phoi. Tại A, đầu khoan lập tức đảo chiều đi xuống với vận tốc $V_1$ cho đến khi gặp lại mốc C thì chuyển sang tốc độ $V_2$ để khoan giai đoạn 2. Khi mũi khoan chạm công tắc đáy D, đầu khoan nhấc lên với vận tốc $V_1$ về vị trí A và dừng lại kết thúc chu trình.

2. Vùng nhớ dữ liệu (Data Memory) của CPU 214 được phân chia và quản lý như thế nào? Vùng nhớ dữ liệu của CPU 214 có 1 KByte đầu tiên thuộc kiểu đọc/ghi được. Bộ nhớ được chia thành các miền: miền biến V (Variable memory), vùng đệm cổng vào I, vùng đệm cổng ra Q, vùng nhớ nội M, và vùng nhớ đặc biệt SM. Các miền này có thể truy cập linh hoạt theo bit (tên miền + byte + . + bit, ví dụ V150.4), byte (tên miền + B + địa chỉ, ví dụ VB150), từ đơn 16-bit (tên miền + W + địa chỉ, ví dụ VW150) hoặc từ kép 32-bit (tên miền + D + địa chỉ, ví dụ VD150). Hệ thống cũng hỗ trợ truy cập gián tiếp bằng con trỏ địa chỉ thông qua các thanh ghi tích lũy AC1, AC2, AC3 hoặc vùng V.

3. Sự khác nhau giữa hai dòng cảm biến siêu âm SRF02 và SRF05 được đồ án trình bày là gì? Cảm biến SRF02 có phạm vi hoạt động từ $15\text{cm}$ đến $6\text{m}$, hỗ trợ giao diện truyền thông nối tiếp I2C hoặc UART, tích hợp thuật toán thông minh Autotune và có kích thước nhỏ gọn $24\times 20\times 17\text{ mm}$ (trọng lượng 4.6g). Trong khi đó, cảm biến SRF05 có phạm vi đo từ $1\text{cm}$ đến $4\text{m}$, hoạt động kích hoạt bằng xung mức TTL tối thiểu 10 $\mu\text{s}$, kích thước $43\times 20\times 17\text{ mm}$ và sử dụng chân kích khởi (trigger/echo) độc lập hoặc chung chân tương thích dòng SRF04.

4. Bộ KIT thí nghiệm PLC-Station 1200 trong đồ án gồm những khối phần cứng nào? Bộ KIT bao gồm: bộ điều khiển trung tâm PLC-Station 1200 chứa CPU 214, module mở rộng số EM 223 (4 DI 24VDC, 4 DO Relay), module mở rộng tương tự EM 235 (3 AI, 1 AO 12-bit); khối công tắc mô phỏng LSW-16; khối rơ-le trung gian RL-16 (24VDC); khối đèn chỉ thị LL-16 (24V); khối mô phỏng biến trở AM-1 (10 kΩ); khối hiển thị điện áp số DCV-804; khối nguồn nuôi 24V PS-800 và hệ thống dây nối chốt cắm 2 đầu. Toàn bộ trạm vận hành trên nguồn cấp 220VAC.

5. Điểm khác biệt giữa ba bộ định thời TON, TOF và TONR trong tập lệnh S7-200 là gì? TON (On-Delay Timer) tạo trễ khi tín hiệu ngõ vào chuyển sang mức 1, bắt đầu đếm thời gian cho đến khi đạt giá trị đặt trước PT thì bật ngõ ra, và ngõ ra bị reset về 0 ngay khi ngõ vào ngắt về 0. TOF (Off-Delay Timer) duy trì ngõ ra ở mức 1 khi ngõ vào có tín hiệu và chỉ bắt đầu đếm thời gian trễ để tắt ngõ ra sau khi tín hiệu vào chuyển từ 1 về 0. TONR (Retentive On-Delay Timer) là bộ định thời có nhớ, khi ngõ vào ngắt về 0 thì giá trị thời gian đã đếm không bị xóa mà được lưu lại, và chỉ tiếp tục đếm tích lũy khi có tín hiệu kích trở lại; TONR chỉ bị xóa về 0 khi có lệnh RESET riêng biệt tác động vào số hiệu Timer đó.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của tác giả Bùi Giang Nam đã hoàn thành việc nghiên cứu, khảo sát và thiết kế hệ thống điều khiển tự động cho công nghệ khoan 1 lỗ hai giai đoạn dựa trên thiết bị điều khiển logic khả trình PLC SIMATIC S7-200 CPU 214. Công trình hệ thống hóa toàn diện cơ sở lý thuyết về 7 nhóm cảm biến đo vị trí, cấu trúc phần cứng, phân vùng bộ nhớ và tập lệnh lập trình sơ đồ thang LAD trên phần mềm STEP 7. Kết quả nghiên cứu cung cấp một giải pháp tự động hóa ổn định, giải quyết hiệu quả bài toán thoát phoi và chuyển cấp tốc độ trong gia công cơ khí, đồng thời đóng vai trò như một tài liệu thực hành và tham khảo hữu ích cho việc nghiên cứu, đào tạo về PLC S7-200.

Trích đoạn nội dung tài liệu

§å ¸n Tèt NghiÖp: Tr-êng §¹i Häc D©n LËp H¶i Phßng Môc Lôc Trang Lêi nãi ®Çu. Giíi thiÖu c«ng nghÖ. Giíi thiÖu vÒ mét sè c¶m biÕn vÞ trÝ vµ dich chuyÓn. Nguyªn lý ho¹t ®éng.

Ph¹m vi sö dông. §Æc ®iÓm riªng vµ h×nh r¹ng míi.Nguyªn lý ho¹t ®éng. C¶m biÕn ®o dÞch chuyÓn b»ng sãng ®µn håi. Phạm vi ứng dụng.

Hình ảnh và thông số kỹ thuật của một vài cảm biến quang .18 Bïi Giang Nam : Líp §CL 201 1 §å ¸n Tèt NghiÖp: Tr-êng §¹i Häc D©n LËp H¶i Phßng 5. Phạm vi ứng dụng. H×nh ¶nh và th«ng số kỹ thuật cảm biến điện dung. Hình ảnh và thông số kỹ thuật một vài cảm biến điện cảm.

C¶m biÕn hång ngo¹i. Nguyên tắc hoạt động. Phạm vi ứng dụng. giíi thiÖu vÒ c«ng nghÖ khoan 1 lç hai giai ®o¹n.24 Ch-¬ng II.

Giíi thiÖu vÒ Plc 2. TỔNG QUAN VỀ PLC. Giới thiệu về PLC (Programmable Logic Control) (Bộ điều khiển logic khả trình). Các bộ điều khiển và phạm vi ứng dụng.

Các lĩnh vực ứng dụng PLC. Các ưu điểm khi sử dụng hệ thống điều khiển với PLC. Giới thiệu các ngôn ngữ lập trình. CẤU TRÚC PHẦN CỨNG PLC HỌ S7.

Các tiêu chuẩn và thông số kỹ thuật họ S7-200. Các tính năng của PLC S7-200. Giới thiệu cấu tạo phần cứng các KIT thí nghiệm S7-200.35 Bïi Giang Nam : Líp §CL 201 2 §å ¸n Tèt NghiÖp: Tr-êng §¹i Häc D©n LËp H¶i Phßng 2. Cấu trúc bộ nhớ của CPU.

Các lệnh vào/ra. Các lệnh ghi / xoá giá trị cho tiếp điểm. Các lệnh logic đại số boolena. Timer: TON, TOF, TONR.

NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH STEP7. Cài đặt STEP7. Trình tự các bước thiết kế chương trình điều khiển. Khởi động chương trình tạo project.

Viết chương trình điều khiển.62 Ch-¬ng III. thiÕt kÕ bé ®iÒu khiÓn c«ng nghÖ khoan I. s¬ ®å m¹ch lùc vµ lùa chän thiÕt bÞ. lùa trän thiÕt bÞ…………………………………………………………….1 PhÇn tö chÊp hµnh ………………………………………………….ViÕt ch-¬ng tr×nh PLC cho c«ng nghÖ khoan KÕt LuËn.74 Bïi Giang Nam : Líp §CL 201 3 §å ¸n Tèt NghiÖp: Tr-êng §¹i Häc D©n LËp H¶i Phßng Lêi Nãi §Çu Trong c«ng nghiÖp c«ng nghiÖp ho¸, hiÖn ®¹i ho¸ ®Êt n-íc, cã thÓ nãi mét trong nh÷ng tiªu chÝ ®¸nh gi¸ sù ph¸t triÓn kinh tÕ cña mçi quèc gia lµ møc ®é tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh s¶n xuÊt tr-íc hÕt ®ã lµ n¨ng suÊt s¶n xuÊt vµ chÊt l-îng s¶n phÈm t¹o ra.

Sù ph¸t triÓn nhanh chãng cña khoa hoc kü thuËt nh- m¸y tÝnh c«ng nghÖ th«ng tin vµ nh÷ng thµnh tùu vÒ lý thuyÕt §iÒu khiÓn tù ®éng ®· lµm c¬ vµ hç chî sù ph¸t triÓn t-¬ng xøng cña lÜnh vùc tù ®éng ho¸. ë n-íc ta mÆc dï lµ mét n-íc chËm ph¸t triÓn, nh-ng nh÷ng n¨m gÇn ®©y cïng víi sù ®ßi hái cña s¶n xuÊt còng nh- sù héi nhËp vµo nÒn kinh tÕ thÕ giíi th× viÖc ¸p dông c¸c tiÕn bé khoa häc kü thuËt mµ ®Æc biÖt lµ sù tù ®éng ho¸ c¸c qu¸ tr×nh s¶n xuÊt ®· cã b-íc ph¸t triÓn míi t¹o ra s¶n phÈm cã hµm l-îng chÊt x¸m cao tiÕn tíi mét nÒn kinh tÕ ph¸t triÓn. Ngµy nay tù ®éng ho¸ ®iÒu khiÓn c¸c qu¸ tr×nh s¶n xuÊt ®a ®i s©u vµo tõng ngâ ng¸ch, trong tÊt c¶ c¸c kh©u cña qu¸ tr×nh t¹o ra s¶n phÈm. Mét trong nh÷ng øng dông mµ ®å ¸n nµy thiÕt kÕ lµ “ §iÒu khiÓn c«ng nghÖ khoan”.

Tù ®éng ho¸ ®iÒu khiÓn c«ng nghÖ khoan lµ qu¸ tr×nh t¹o ra mét lç thñng trªn bÒ mÆt vËt thÓ cã kÝch th-íc vµ chiÒu s©u ®Þnh tr-íc. ChÊt l-îng mòi khoan vµ n¨ng suÊt lµm viÖc phô thuéc rÊt nhiÒu vµo c«ng nghÖ ®iÒu khiÓn. Trong ®ã c«ng nghÖ ®iÒu khiÓn b»ng PLC lµ kh¶ n¨ng tèi -u gän nhÑ vµ tù ®éng ho¸ cao. VÒ lËp tr×nh PLC th× cã rÊt nhiÒu c¸ch lËp tr×nh nh-ng viÖc lËp tr×nh b»ng ph-¬ng ph¸p LADER lµ ®¬n gi¶n dÔ lµm ®¶m b¶o ®-îc sù chÝnh x¸c vÒ mÆt trËt tù khoan.

Bïi Giang Nam : Líp §CL 201 4 §å ¸n Tèt NghiÖp: Tr-êng §¹i Häc D©n LËp H¶i Phßng Trong ®å ¸n nµy em tr×nh bµy theo 3 ch-¬ng sau: Ch-¬ng I: Giíi thiÖu c«ng nghÖ. Ch-¬ng II: Giíi thiÖu vÒ PLC S7-200. Ch-¬ng III: ThiÕt kÕ bé ®iÒu khiÓn c«ng nghÖ khoan. Bïi Giang Nam : Líp §CL 201 5 §å ¸n Tèt NghiÖp: Tr-êng §¹i Häc D©n LËp H¶i Phßng Ch-¬ng I Giíi thiÖu c«ng nghÖ I.

Giíi thiÖu vÒ mét sè c¶m biÕn vÞ trÝ vµ dich chuyÓn. C¶m biÕn Hall ho¹t ®éng dùa trªn c¶m øng Hall. HiÖu øng Hall liªn hÖ gi÷a ®iÖn thÕ gi÷a hai ®Çu d©y dÉn víi tõ tr-êng. NÕu sö dông c¶m biÕn Hall víi mét nam ch©m vÜnh cöu ta cã thÓ nhËn biÕt ®-îc c¸c vËt nhiÔm tõ.

Nguyªn lý ho¹t ®éng. Chó thÝch: 1.Nam ch©m vÜnh cöu. Bïi Giang Nam : Líp §CL 201 6 §å ¸n Tèt NghiÖp: Tr-êng §¹i Häc D©n LËp H¶i Phßng Trong ®iÒu kiÖn b×nh th-êng khi vËt thÓ nhiÔm tõ s¸t bªn canh th× tõ lùc ch¹y qua c¶m biÕn Hall sÏ gi¶m di râ rÖt, khi ®ã c¶m biÕn x¸c ®Þnh ®-îc vÞ trÝ c¶u vËt nhiÔm tõ. Ph¹m vi sö dông.

- Gi¸ thµnh rÎ - CÊu t¹o ®¬n gi¶n, rÔ chÕ t¹o. - Ho¹t ®éng æn ®Þnh. - KhÝch th-íc lín. - Trong ®iÒu kiÖn lµm viÖc ë nhiÖt ®é cao th× ®é æn ®Þnh lµm viÖc kh«ng cao.

BiÖn ph¸p kh¾c phôc: Sö dông c¸c chÊt b¸n dÉn ( Silic ) th× cã thÓ gi¶m kÝch th-íc, t¨ng ®é chÝnh x¸c, t¨ng ®é æn dÞnh vµ cã thÓ cÊy trùc tiÕp trªn c¶m biÕn mét m¹ch khuyÕch ®¹i. - Dïng trong ph©n lo¹i s¶n phÈm. - Dïng ®Ó x¸c ®Þnh vÞ trÝ di chuyÓn. - §-îc sö dông nhiÒu trong r«bèt.

§Æc ®iÓm riªng vµ h×nh d¹ng míi. Bïi Giang Nam : Líp §CL 201 7 §å ¸n Tèt NghiÖp: Tr-êng §¹i Häc D©n LËp H¶i Phßng 1.1:cảm biến hall 1.2:cảm biến Hall_and OEM_pot Sö dông Hall Effect sensor ®Ó ®o vÞ trÝ. Tạo mô hình thực nghiệm như hình vẽ dưới, gồm có 1 động cơ (loại nào cũng được), 1 nam châm hình đĩa tròn (Ring Magnet) như trong Bïi Giang Nam : Líp §CL 201 8 §å ¸n Tèt NghiÖp: Tr-êng §¹i Häc D©n LËp H¶i Phßng hình vẽ, 1 cảm biến Hall Effect loại tín hiệu ra tương tự (nếu dùng Hall Effect tín hiệu ra số thì phải làm mô hình dạng khác) hình vẽ. 1 Khi ®éng c¬ quay th× ®Üa nam ch©m g¾n cµo trôc ®éng c¬ cung quay theo, tõ tr-êng c¶m biÕn Hall Effect c¶m nhËn ®-îc sù biÕn thiªn nµy vµ t¹o ra tÝn hiÖu ®iÖn ¸p ®Çu ra t-¬ng øng.

Thùc tÕ, quan hÖ gi÷a tõ tr-êng (input) vµ ®iÖn ¸p ra (output) cã d¹ng nh- h×nh 2, ®ã lµ kh©u khuyÕch ®¹i b·o hoµ. V× vËy ®Æc tÝnh phi tuyÕn nµy cÇn tuyÕn tÝnh ho¸. C¸c nhµ s¶n xuÊt Hall Effect sÏ gióp ta viÖc nµy. Bïi Giang Nam : Líp §CL 201 9 §å ¸n Tèt NghiÖp: Tr-êng §¹i Häc D©n LËp H¶i Phßng Trªn h×nh 3, cã ba ®-êng ®Æc tuyÕn sau khi ®-îc tuyÕn tÝnh ho¸ trong cïng tõ tr-êng – 640 < B (Gauss) <640.H×nh d¸ng cña ®-êng tuyÕn tÝnh ho¸ phô thuéc vµo ®iÓn ¸p cÊp (Vs) cho v¶m biÕn.

ViÕt mét ch-¬ng tr×nh thu nhËp d÷ liÖu trªn VDK Pic. M¹ch phÇn cøng cã thÓ theo nguyªn lý sau: Nh- vËy víi mçi vÞ trÝ cña ®éng c¬, ta sÏ ®o ®-îc 1 ®iÖn ¸p x¸c ®Þnh tõ c¶m biÕn. §iÖn ¸p ra cña c¶m biÕn th-êng lµ O – 10VDC t-¬ng øng víi gãc quay tõ 0- 3600 cña trôc ®éng c¬. Do ®ã bµi to¸n x¸c ®Þnh vÞ trÝ ®· ®¹t ®-îc.

Bïi Giang Nam : Líp §CL 201 10 §å ¸n Tèt NghiÖp: Tr-êng §¹i Häc D©n LËp H¶i Phßng 2. Cảm biến siªu ©m 2. Kh¸i niÖm: C¶m biÕn siªu ©m lµ thiÕt bÞ dïng ®Ó x¸c ®Þnh vÞ trÝ cña c¸c vËt th«ng qua sãng siªu ©m. Nguyªn lý hoËt ®éng : 2.

1-Bộ biến âm. 2-Đế nhựa tổng hợp. 5-Vỏ kim loại. 3-Phần giảm âm.

?t t 1 t 2 Bïi Giang Nam : Líp §CL 201 11 §å ¸n Tèt NghiÖp: Tr-êng §¹i Häc D©n LËp H¶i Phßng 2. H×nh ¶nh vµ th«ng sè kü thuËt cña vµi c¶m biÕn siªu ©m. SRF02 – cảm biến đo cự li từ xa bằng sóng siêu âm SRF02 Chi tiết Điện áp - Nguồn 5V Dòng - I= 4mA Tần số - 40KHz Phạm vi hoạt - 15cm - 6m. động Khả năng hoạt - Điều khiển liên tục 64 bước động Kiểu kết nối - Tốc độ truyền 12C.

1 - đường truyền tương tự - connects up to 16 devices to any 2 uP or UART serial port Điều khiển tự Không định kích cỡ hoạt động, tự xử lí và hoạt động - động nhanh Thời gian - Thời gian hồi đáp,đưa tín hiệu điều khiển hoạt động Hệ đơn vị - Đo trong hệ inch,mm,uS Trọng lượng - 4.6 m Kích thước - 24mm x 20mm x 17mm chiều cao CB siêu âm với cả 2 loại giao diện I2C và nối tiếp thuật toán Autotune mới thông minh sử dụng trong phạm vi nhỏ, không cần chu kì định cỡ thêm vào đó những chức năng mới cho phép quản lí phạm vi và phân chia. Dễ dàng kết nối với USB chủ với module USBI2C. Tự hoạt động nhờ các bus USB Bïi Giang Nam : Líp §CL 201 12 §å ¸n Tèt NghiÖp: Tr-êng §¹i Häc D©n LËp H¶i Phßng Hình ảnh bên phải hiển thị SRF02 kết nối tới 1 module USBI2C. Module USBI2C có linh kiện rời.

SRF05 – Cảm biến siêu âm Điện áp - 5V Dòng thấp - 4mA Tần số - 40KHz Phạm vi hoạt động - 1 cm – 4m 1 chân cho trig/echo hoặc 2 chân tương thích Loại - SRF04 Đầu vào kích khởi - 10uS Min. Mức xung TTL Xung va đập - Mức tín hiệu TTL dương, bề rộng đối xứng Kích thước - 43mm x 20mm x 17mm Bïi Giang Nam : Líp §CL 201 13 §å ¸n Tèt NghiÖp: Tr-êng §¹i Häc D©n LËp H¶i Phßng 2.1 cảm biến siêu âm 3. C¶m biÕn ®o dÞch chuyÓn b»ng sãng ®µn håi. Lµ lo¹i c¶m biÕn dùa trªn nguyªn t¾c ph¸t vµ thu sãng ©m nhê ®ã ®Þnh vÞ trÝ vµ dÞch chuyÓn nhê tÝnh to¸n thêi gian gi÷a ph¸t vµ thu.

* C¶m biÕn sö dông phÇn tö ¸p ®iÖn. Cảm biến quang : 4. C¶m biÕn quang lµ lo¹i c¶m biÕn ®o vÞ trÝ vµ dÞch chuyÓn theo ph-¬ng ph¸p quang häc gåm nguån ph¸t s¸ng ¸nh s¸ng kÕt hîp víi mét ®Çu thu quang (th-êng lµ tÕ bµo quang ®iÖn). Bïi Giang Nam : Líp §CL 201 14 §å ¸n Tèt NghiÖp: Tr-êng §¹i Häc D©n LËp H¶i Phßng * Cảm biến quang phát xạ.

* Cảm biến quang soi thấu. Phạm vi ứng dụng : * Nhận biết vị trí của chi tiết trong máy CNC. * Cảm biến màu sản phẩm hóa thực phẩm. * Cảm biến lùi định vị khoảng cách các vật đối với ô tô, để đảm bảo an toàn.

* Cảm biến định vị trí trục khuỷu, bướm ga, chân ga để nâng cao hiệu suất, tính toán lượng nhiên liệu được đốt trong động cơ đốt trong.