Chương 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI kích thước nhỏ sử dụng những kiến thức về khí nén và lập trình PLC đã được học để điều khiển. - Cắt thanh đồng dày khoảng 1.5mm và dài khoảng 100mm. - Có cơ cấu cấp phôi tự động. 5 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu chung Ở chươnng 2 này sẽ giới thiệu về một số phương pháp đo chiều dài thông dụng, giới thiệu về bộ điều khiển, cảm biến, động cơ và nguyên lý hoạt động của bộ điều khiển, cảm biến và động cơ và các ứng dụng liên quan đến hệ thống.2 Phương pháp đo chiều dài Trong sản xuất công nghiệp hiện nay, việc đo đạt kích thước sản phẩm là một quá trình cực kì quan trọng.
Trong nhiều quy trình thì việc đo đạt sản phẩm là không thể thiếu đặc biệt là trong những khâu sản xuất cần kết quả chính xác cao. Có nhiều kết quả đo đạt và xác định kích thước sản phẩm từ trước đến nay như đo thủ công, đo bằng cảm biến, đo bằng xử lý ảnh.1 Phương pháp đo chiều dài thủ công Đo chiều dài thủ công là phương pháp đo đạt trực tiếp dùng sức lao động của con người với các thiết bị đo thủ công đơn giản như đo bằng thước thẳng, thước dây.Phương pháp này dùng trong một số cơ sở sản xuất kinh doanh nhỏ và quy mô sản xuất theo hộ gia đình. Ưu điểm: Chi phí thấp. Độ chính xác ở mức tương đối.
Nhược điểm: Tốc độ thấp. Không có tính tự động. Phụ thuộc chủ yếu vào sức lao động nên cần nhiều nhân công. 6 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.1 Đo chiều dài thủ công 2.2 Phương pháp đo chiều dài dung xử lý ảnh công nghiệp Xử lý ảnh là xử dụng thuật toán máy tính và xử lý ảnh bằng kỹ thuật số để trả về hệ thống với kết quả mong muốn.Sử dụng đo đạt bằng phương pháp xử lý ảnh, hình ảnh sẽ được xác định bằng một số thuật toán để trả về giá trị pixel để tính toán bằng các camera giám sát và cảm biến cùng với các công thức tính chiều dài của vật dựa trên các giá trị pixel và khoảng cách từ camera đến vật thể.
Ưu điểm: Độ chính xác cao. Nhược điểm: Không tính toán được hiệu quả với các vật thể quá lớn mà camera không quan sát hết. Yêu cầu kỹ thuật cao và độ chính xác của vật thể cao. Chi phí đầu tư rất lớn.3Phương pháp đo chiều dài dùng cảm biến Với phương pháp này, các cơ cấu sẽ được di chuyển trên băng tải hoặc các cơ cấu di chuyển chuyên dụng.Các cảm biến sẽ phát hiện có vật và đưa tín hiệu về bộ điều khiển để đưa tín hiệu về bộ điều khiển và phân tích dữ liệu sau đó đưa ra kết quả từ các dữ liệu đã thu thập được như khoảng cách, thời gian phản hồi số xung,.Hiện nay, cảm 7 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT biến dùng để đo chiều dài và khoảng cách sẽ có nhiều loại tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng sau đây: Cảm biến từ: thường được dùng để đo chiều dài hoặc khoảng cách của các vật thể bằng kim loại.
Cảm biến tiệm cận điện dung: thường được dung để đo độ dày hoặc khoảng các của các vật thể phi kim. Cảm biến siêu âm: thường được dung để đo khoảng cách chất lỏng. Encoder : hay bộ mã hóa quay thường được dung để đo chiều dài hoặc khoảng cách thông qua bộ phát xung biến đổi thành chiều dài. 2 Hệ thống đo chiều dài dung cảm biến Ưu điểm: Độ chính xác cao, dải đo rộng từ vài milimet đến vài ngàn mét.
Tốc độ nhanh, có thể tùy chỉnh. Chi phí đầu tư không quá cao. Sử dụng cho nhiều dạng hệ thống khác nhau. Nhược điểm: Yêu cầu độ chính xác cao về mặt cơ khí và vị trí sản phẩm.
8 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.3 Cơ sở lý thuyết liên quan đến đề tài 2.1 Bộ điều khiển PLC 2.1 PLC và vai trò của PLC trong công nghiệp Bộ điều khiển lập trình (PLC) là máy tính công nghiệp đã được tinh chỉnh để điều khiển các quy trình sản xuất trong công nghiệp. [6] Quy mô cấu hình của PLC rất đa dạng, từ vài module với vài chụng ngõ vào/ra (I/O) cho đến hệ thống lớn lên tới hang ngàn ngõ vào/ra (I/O) và thường được kết nối mạng với các hệ thống PLC và SCADA khác. [6] Trong dây chuyền sản xuất của doanh nghiệp, PLC là một thiết bị không thể thiếu. Không chỉ đơn thuần điều khiển đáp ứng về logic và tốc độ mà còn là cầu nối trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị điều khiển khác, tạo nên một mạng lưới khép kín thông qua các phương thưc truyền thông.2 Cấu tạo PLC Thông thường, hệ thống PLC có các bộ phận chính sau: Bộ nhớ chương trình: RAM, ROM, ngoài ra có thể sử dụng vùng nhớ ngoài – EPROM.
Bộ xử lý trung tâm CPU.Module input/output. Thông thường module I/O được tích hợp trên PLC, khi có nhu cầu mở rộng I/O có thể lắp module I/O. 3 Sơ đồ khối bộ điều khiển PLC 9 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Ngoài ra, PLC còn có các bộ phận khác: Cổng kết nối PLC và máy tính: RS232, RS422, RS485 thực hiện đổ chương trình và giám sát chương trình. Cổng truyền thông: PLC thường tích hợp cổng truyền thông Modbus RTU.
Tùy hãng và dòng sản phẩm, PLC có thể được tích hợp thêm các chuẩn truyền thông khác như Profibus, Profinet, CANopen, EtherCAT.3 Ưu điểm và nhược điểm của PLC Ưu điểm: Bộ điều khiển PLC chống nhiễu tốt, đáng tin cậy trong môi trường công nghiệp. Đáp ứng các giải thuật phức tạp, độ chính xác cao. Gọn nhẹ, lắp đặt dễ dàng. Thay thế hoàn toàn mạch điều khiển relay thông thường, dễ dàng đáp ứng mọi yêu cầu điều khiển.
Hỗ trợ các chuẩn mạng truyền thông công nghiệp, tạo sự kết nối và trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị trong và ngoài nhà máy đáp ứng tiêu chuẩn công nghiệp 4. Nhược điểm: Giá thành cao. Chi phí phần mềm lập trình. Yêu cầu trình độ kỹ thuật tương đối cao để lập trình đáp ứng các bài toán được đặt ra.1 Cảm biến từ Cảm biến từ, còn được gọi là “inductive sensor” trong tiếng Anh, là một thiết bị sử dụng nguyên lý cảm ứng điện từ để phát hiện hoặc đo các vật thể.
10 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2. 4 Cấu tạo cảm biến từ Cấu tạo: Cảm biến từ được cấu tạo gồm bốn phần chính: cuộn cảm, bộ cảm ứng, bộ xử lý tín hiệu và ngõ ra điều khiển. Nguyên lý: Cảm biến phát ra một trường từ trường xoay chiều tần số cao, tạo ra một trường điện từ trong môi trường xung quanh gần của bề mặt cảm biến. Khi một vật kim loại dẫn điện đi vào trường điện từ này, dòng điện xoáy được tạo ra bên trong kim loại, gây ra sự thay đổi biên độ của các dao động.
Sự có mặt của một vật kim loại trong khu vực hoạt động gây ra sự giảm biên độ dao động.2 Cảm biến quang Cảm biến quang (Photoelectric Sensor) là cảm biến quang điện chứa quang học. Nó thường được ứng dụng để phát hiện vật thể ngay cả ở những khoảng cách xa do tính chất truyền của ánh sáng. Cấu tạo: Cảm biến quang được cấu thành từ 3 bộ phận chính là bộ thu ánh sáng, bộ phát ánh sáng và bộ phận mạch xử lý tín hiệu. 5 Cấu tạo cảm biến quang 11 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Nguyên lý: Cảm biến phát ra một chùm ánh sáng từ bộ phát.
Ánh sáng truyền đến máy thu. Khi một vật thể đi vào khu vực phát hiện, nó sẽ làm chệch hướng một phần của chùm tia trở lại máy thu. Phát hiện xảy ra khi đủ ánh sáng rơi vào máy thu và đầu ra được bật hoặc tắt.3 Động cơ bước: Động cơ bước có nhiều nam châm điện được bố trí như một stato xung quanh một rôto trung tâm. Bằng việc sử dụng một mạch điều khiển để thay đổi trình tự cấp nguồn cho các nam chăm điện mà động cơ bước có thể quay với các bước chính xác.
Do có thể điều khiển được vị trí và tốc độ mà động cơ bước được sử dụng phổ biến trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao. Cấu tạo Về cơ bản, động cơ bước bao gồm 2 thành phần chính đó là Stato và Roto. Trong đó, stato được cấu tạo bằng sắt từ trên thân có nhiều rãnh nhỏ được thiết kế để đặt cuộn dây dễ dàng. Roto (còn gọi là nam châm vĩnh cửu) được sắp xếp chồng lên nhau một cách cẩn thận, kỹ lưỡng.
Những lá nam châm này được bố trí sắp xếp đối xứng với nhau và chia thành từng cặp. Nguyên lý: Cung cấp năng lượng cho một hoặc nhiều pha của stato gây ra từ trường, roto thẳng hàng với từ trường này. Động cơ bước di chuyển theo các bước riêng biệt, với mỗi pha được cung cấp năng lượng theo trình tự, có thể điều khiển bằng máy tính cho phép định vị chính xác và kiểm soát tốc độ.4 Bộ mã hóa quay (encoder): Bộ mã hóa quay được thích ứng để cung cấp thông tin về tốc độ hoặc định vị vị trí của trục động cơ. Bộ mã hóa quay được sử dụng nhiều thường là từ tính hoặc quang học và tạo ra các tín hiệu tăng dần hoặc tuyệt đối.
12 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2. 6 Cấu tạo encoder Cấu tạo Encoder bao gồm : Một đĩa tròn có các lỗ (rãnh) như hình xoay quay quanh trục cố định. Khi đĩa này bắt đầu quay và chiếu đèn LED trên mặt đĩa thì sẽ xảy ra hiện tượng ngắt quãng. Các rãnh sẽ chia đĩa tròn này thành các góc bằng nhau.
Trên một đĩa có thể có nhiều dãy rãnh được tính từ tâm tròn. Bộ cảm biến thu. Phân loại: Dựa theo nguyên ký hoạt động của thiết bị thì có thể chia làm 2 loại cơ bản như sau: Encoder tuyệt đối: Ưu điểm: Độ chính xác cao. Có thể ghi nhớ vị trí khi bị mất nguồn.
7 Encoder tuyệt đối 13 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Encoder tương đối: Ưu điểm: Đơn giản, dễ chế tạo. Giá thành thấp. 8 Encoder tương đối Nguyên lý: Bộ mã hóa chuyển đổi chuyển động cơ học thành tín hiệu điện. Nguyên tắc cơ bản của bộ mã hóa là gán một mã nhị phân duy nhất cho mỗi đầu vào có thể.
Các bộ mã hóa quang học thường bao gồm một mạch điện tử quay và một mạch điện tử đứng yên, với rôto là kim loại, thủy tinh hoặc đĩa nhựa được gắn trên trục mã hóa.