Tự động hóa quá trình sản xuất - Hồ Viết Bình

100 trang Gia Huy 20/05/2022 2120

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Tự động hóa quá trình sản xuất - Hồ Viết Bình", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

tu_dong_hoa_qua_trinh_san_xuat_ho_viet_binh.pdf

Nội dung text: Tự động hóa quá trình sản xuất - Hồ Viết Bình

HOÀ VIEÁT BÌNH TÖÏ ÑOÄNG HOÙA QUAÙ TRÌNH SAÛN XUAÁT (DUØNG CHO SINH VIEÂN ÑH, CÑ CAÙC NGAØNH CÔ KHÍ) TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC SÖ PHAÏM KYÕ THUAÄT TP. HOÀ CHÍ MINH - NAÊM 2004 -
Truong DH SPKT TP. HCM Lôøi noùi ñaàu Giaùo trình töï ñoäng hoùa quaù trình saûn xuaát phuïc vuï cho moân hoïc cuøng teân vôùi thôøi löôïng 30 tieát, nhaèm ñaùp öùng nhu caàu tìm hieåu, phaân tích, baûo trì, thieát keá laép ñaët caùc heä thoáng töï ñoäng hoùa trong lónh vöïc cô khí cheá taïo vaø caùc ngaønh coâng nghieäp lieân quan. Ñeå hoïc toát moân hoïc naøy, hoïc sinh, sinh vieân caàn hoïc tröôùc caùc moân: ñieän kyõ thuaät, maùy caét kim loaïi, cô sôû coâng ngheä cheá taïo maùy, lyù thuyeát ñieàu khieån töï ñoäng, trang bò ñieän trong maùy caét vaø caùc kieán thöùc thöïc teá lieân quan. Caáu taïo giaùo trình goàm 6 chöông : Chöông 1 : Neâu caùc khaùi nieäm cô baûn lieân quan ñeán töï ñoäng hoùa Chöông 2 : Trình baøy toång theå moät heä thoáng töï ñoäng vaø caùc phaàn töû chính caáu thaønh neân heä thoáng ñoù nhö : caûm bieán, thieát bò ñieàu khieån, thieát bò chaáp haønh. Chöông naøy coù theå giuùp caùc baïn thieát keá ñöôïc caùc thieát bò töï ñoäng ñôn giaûn. Chöông 3 : Giôùi thieäu heä thoáng caáp phoâi töï ñoäng, chuû yeáu laø phoâi daïng rôøi, caùch löïa choïn, tính toaùn vaø thieát keá nhaèm bieán maùy baùn töï ñoäng thaønh maùy töï ñoäng. Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Chöông 4 : Kieåm tra töï ñoäng cuõng laø moät lónh vöïc khoâng theå thieáu trong quaù trình töï ñoäng hoùa maùy vaø quaù trình coâng ngheä. Ngöôøi hoïc seõ ñöôïc tieáp thu caùc phöông phaùp kieåm tra tích cöïc khi gia coâng caét goït. Chöông 5 : Moät heä thoáng saûn xuaát töï ñoäng hoaøn chænh laø muïc ñích cao nhaát cuûa töï ñoäng hoùa, ngöôøi hoïc coù theå hình dung heä thoáng töï ñoäng hoùa toång hôïp töø luùc caáp lieäu cho ñeán khi ra saûn phaåm chi tieát maùy hoaøn chænh. Chöông 6 : Heä thoáng laép raùp töï ñoäng caùc chi tieát maùy thaønh moät boä phaän maùy hay moät chieác maùy hoaøn chænh laø noäi dung cô baûn cuûa chöông naøy. Maëc duø töï ñoäng hoùa khoâng xa laï vôùi chuùng ta nhöng vaãn caàn moät khoái löôïng kieán thöùc deã hieåu vaø phöông phaùp tieáp caän nhanh choùng. Ngöôøi vieát mong nhaän ñöôïc söï goùp yù thieát thöïc, cuï theå cuûa ñoàng nghieäp vaø sinh vieân ñeå taøøi lieäu coù chaát löôïng hôn. Thaønh phoá Hoà Chí Minh Thaùng 7 naêm 2004. Taùc giaû Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM Chöông 1 KHAÙI QUAÙT VEÀ TÖÏ ÑOÄNG HOÙA QUAÙ TRÌNH SAÛN XUAÁT 1.1 Toùm taét lòch söû phaùt trieån cuûa töï ñoäng hoùa quaù trình saûn xuaát Ñaõ töø xa xöa, con ngöôøi luoân mô öôùc veà caùc loaïi maùy coù khaû naêng thay theá cho mình trong caùc quaù trình saûn xuaát vaø caùc coâng vieäc thöôøng nhaät khaùc. Vì theá, maëc duø töï ñoäng hoùa caùc quaù trình saûn xuaát laø moät lónh vöïc ñaëc tröng cuûa khoa hoïc kyõ thuaät hieän ñaïi cuûa theá kyû 20, nhöng nhöõng thoâng tin veà caùc cô caáu töï ñoäng laøm vieäc khoâng caàn coù söï trôï giuùp cuûa con ngöôøi ñaõ toàn taïi töø tröôùc coâng nguyeân. Caùc maùy töï ñoäng cô hoïc ñaõ ñöôïc söû duïng ôû Ai Caäp coå vaø Hy Laïp khi thöïc hieän caùc maøn muùa roái ñeå loâi keùo nhöõng ngöôøi theo ñaïo. Trong thôøi trung coå ngöôøi ta ñaõ bieát ñeán caùc maùy töï ñoäng cô khí thöïc hieän chöùc naêng ngöôøi gaùc coång cuûa Albert. Moät ñaëc ñieåm chung cuûa caùc maùy töï ñoäng keå treân laø chuùng khoâng coù aûnh höôûng gì tôùi caùc quaù trình saûn xuaát cuûa xaõ hoäi thôøi ñoù. Chieác maùy töï ñoäng ñaàu tieân ñöôïc söû duïng trong coâng nghieäp do moät thôï cô khí ngöôøi Nga, oâng Poânzunoâp cheá taïo vaøo naêm 1765. Nhôø noù maø möùc nöôùc trong noài hôi ñöôïc giöõ coá ñònh khoâng phuï thuoäc vaøo löôïng tieâu hao hôi nöôùc. Ñeå ño möùc nöôùc trong noài, Poânzunoâp duøng moät caùi phao. Khi möùc nöôùc thay ñoåi phao seõ taùc ñoäng leân cöûa van, thöïc hieän ñieàu chænh löôïng nöôùc vaøo noài. Nguyeân taéc ñieàu chænh cuûa cô caáu naøy ñöôïc söû duïng roäng raõi trong nhieàu lónhBan vöïc quyen khoa ©hoïc Truong kyõ thuaät DH Su khaùc pham nhau, Ky thuatnoù ñöôïc TP. goïi HCM laø nguyeân taéc ñieàu chænh theo sai leäch hay nguyeân taéc Poâdunoâp – Gioân Oat. Ñaàu theá kyû 19, nhieàu coâng trình coù muïc ñích hoaøn thieän caùc cô caáu ñieàu chænh töï ñoäng cuûa maùy hôi nöôùc ñaõ ñöôïc thöïc hieän. Cuoái theá kyû 19 caùc cô caáu ñieàu chænh töï ñoäng cho caùc tuabin hôi nöôùc baét ñaàu xuaát hieän. Naêm 1712 oâng Nartoâp, moät thôï cô khí ngöôøi Nga ñaõ cheá taïo ñöôïc maùy tieän cheùp hình ñeå tieän caùc chi tieát ñònh hình . Vieäc cheùp hình theo maãu ñöôïc thöïc hieän töï ñoäng. Chuyeån ñoäng doïc cuûa baøn dao do baùnh raêng – thanh raêng thöïc hieän. Cho ñeán naêm 1798 oâng Henry Nanñsley ngöôøi Anh môùi thay theá chuyeån ñoäng naøy baèng chuyeån ñoäng cuûa vít me – ñai oác. Naêm 1873 Spender ñaõ cheá taïo ñöôïc maùy tieän töï ñoäng coù oå caáp phoâi vaø truïc phaân phoái mang caùc cam ñóa vaø cam thuøng. Naêm 1880 nhieàu haõng treân theá giôùi nhö Pittler Ludnig Lowe( Ñöùc), RSK(Anh) ñaõ cheá taïo ñöôïc maùy tieän rôvoânve duøng phoâi theùp thanh. Naêm 1887 Ñ.G .Xtoâleooâp ñaõ cheá taïo ñöôïc phaàn töû caûm quang ñaàu tieân, moät trong nhöõng phaàn töû hieän ñaïi quan troïng nhaát cuûa kyõ thuaät töï ñoäng hoùa. Cuõng trong giai ñoaïn naøy, caùc cô sôû cuûa lyù thuyeát ñieàu chænh vaø ñieàu khieån heä thoáng töï ñoäng baét ñaàu ñöôïc nghieân cöùu, phaùt trieån. Moät trong nhöõng coâng trình ñaàu tieân cuûa lónh vöïc naøy thuoäc veà nhaø toaùn hoïc noåi tieáng P.M. Chebösep. Coù theå noùi, oâng toå cuûa caùc phöông phaùp tính toaùn kyõ thuaät cuûa lyù thuyeát ñieàu chænh heä thoáng töï ñoäng laø I.A. Vösnhegratxki, giaùo sö toaùn hoïc noåi tieáng cuûa tröôøng ñaïi hoïc coâng ngheä thöïc nghieäm Xanh Peâteâcbua. Naêm 1876 vaø1877 oâng ñaõ cho ñaêng caùc coâng trình “Lyù thuyeát cô sôû cuûa caùc cô caáu ñieàu chænh” vaø “Caùc cô caáu ñieàu chænh taùc ñoäng tröïc tieáp”. Caùc phöông phaùp ñaùnh giaù oån ñònh vaø chaát löôïng cuûa caùc quaù trình quaù ñoä do oâng ñeà xuaát vaãn ñöôïc duøng cho tôùi taän baây giôø. - 5 - Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM Khoâng theå khoâng keå tôùi ñoùng goùp to lôùn trong söï nghieäp phaùt trieån lí thuyeát ñieàu khieån heä thoáng töï ñoäng cuûa nhaø baùc hoïc A.Xtoâñoâ ngöôøi Sec, A.Gurvis ngöôøi Myõ, A.K.Makxvell vaø Ñ.Paux ngöôøi Anh , A.M.Lapu noâp ngöôøi Nga vaø nhieàu nhaø baùc hoïc khaùc. Caùc thaønh töïu ñaït ñöôïc trong lónh vöïc töï ñoäng hoùa ñaõ cho pheùp cheá taïo trong nhöõng thaäp kyû ñaàu tieân cuûa theá kyû 20 caùc loaïi maùy töï ñoäng nhieàu truïc chính, maùy toå hôïp vaø caùc ñöôøng daây töï ñoäng lieân keát cöùng vaø meàm duøng trong saûn xuaát haøng loaït lôùn vaø haøng khoái. Cuõng trong khoaûng thôøi gian naøy, söï phaùt trieån maïnh meõ cuûa ñieàu khieån hoïc, moät moân khoa hoïc veà caùc quy luaät chung cuûa caùc quaù trình ñieàu khieån vaø truyeàn tin trong caùc heä thoáng coù toå chöùc ñaõ goùp phaàn ñaåy maïnh söï phaùt trieån vaø öùng duïng cuûa töï ñoäng hoùa caùc quaù trình saûn xuaát vaøo coâng nghieäp. Trong nhöõng naêm gaàn ñaây, caùc nöôùc coù neàn coâng nghieäp phaùt trieån tieán haønh roäng raõi töï ñoäng hoùa trong saûn xuaát loaït nhoû. Ñieàu naøy phaûn aùnh xu theá chung cuûa moät neàn kinh teá theá giôùi chuyeån töø saûn xuaát loaït lôùn vaø haøng khoái sang saûn xuaát loaït nhoû vaø haøng khoái thay ñoåi. Nhôø caùc thaønh töïu to lôùn cuûa coâng ngheä thoâng tin vaø caùc lónh vöïc khoa hoïc khaùc, ngaønh coâng nghieäp gia coâng cô cuûa theá giôùi trong nhöõng naêm cuoái cuûa theá kyû 20 ñaõ coù söï thay ñoåi saâu saéc. Söï xuaát hieän cuûa moät loaït caùc coâng ngheä muõi nhoïn nhö kyõ thuaät linh hoaït (Agile engineering) , heä thoáng ñieàu haønh saûn xuaát qua maøn hình (Visual Manufacturing Systems) , kyõ thuaät taïo maãu nhanh (Rapid Prototyping) vaø coâng ngheä Nanoâ ñaõ cho pheùp thöïc hieän töï ñoäng hoùa toaøn phaàn khoâng chæ trong saûn xuaát haøng khoái maø caû trong saûn xuaát loaït nhoû vaø ñôn chieác. Chính söï thay ñoåi nhanh cuûa saûn xuaát ñaõ lieân keát chaët cheõ coâng Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM ngheä thoâng tin vôùi coâng ngheä cheá taïo maùy, laøm xuaát hieän moät loaït caùc thieát bò vaø heä thoáng töï ñoäng hoaù hoaøn toaøn môùi nhö caùc loaïi maùy ñieàu khieån soá, caùc trung taâm gia coâng, caùc heä thoáng ñieàu khieån theo chöông trình logic PLC (Programmable logic control), caùc heä thoáng saûn xuaát linh hoaït FMS (Flexible Manufacturing systems), caùc heä thoáng saûn xuaát tích hôïp CIM (Computer Integrated Manufacturing) cho pheùp chuyeån ñoåi nhanh saûn phaåm gia coâng vôùi thôøi gian chuaån bò saûn xuaát ít nhaát, ruùt ngaén chu kyø saûn xuaát saûn phaåm, ñaùp öùng toát tính thay ñoåi nhanh cuûa saûn xuaát hieän ñaïi. Nhöõng thaønh coâng ban ñaàu cuûa quaù trình lieân keát moät soá coâng ngheä hieän ñaïi trong khoaûng 10, 15 naêm vöøa qua ñaõ khaúng ñònh xu theá phaùt trieån cuûa neàn Saûn xuaát trí tueä trong theá kyû 21 treân cô sôû cuûa caùc thieát bò thoâng minh. Ñeå coù theå tieáp caän vaø öùng duïng daïng saûn xuaát tieân tieán naøy, ngay töø hoâm nay, chuùng ta phaûi nghieân cöùu, hoïc hoûi vaø chuaån bò cô sôû vaät chaát cuõng nhö ñoäi nguõ caùn boä kyõ thuaät cho noù. Vieäc boå sung caûi tieán noäi dung vaø chöông trình ñaøo taïo trong caùc tröôøng ñaïi hoïc vaø trung taâm nghieân cöùu theo höôùng phaùt trieån saûn xuaát trí tueä laø caàn thieát . 1.2 Moät soá khaùi nieäm vaø ñònh nghóa cô baûn 1.2.1 Cô khí hoùa Ñeå taïo ra saûn phaåm yeâu caàu, caùc quaù trình saûn xuaát thöïc hieän vieäc bieán ñoåi vaät chaát, naêng löôïng vaø thoâng tin töø daïng naøy sang daïng khaùc. Caùc quaù trình bieán ñoåi vaät chaát thöôøng bao goàm hai daïng sau : - 6 - Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM 1. Caùc quaù trình chính . 2. Caùc quaù trình phuï. Caùc quaù trình chính laø caùc quaù trình lieân quan tröïc tieáp ñeán vieäc thay ñoåi tính chaát cô lí hoùa, hình daùng hình hoïc ban ñaàu cuûa phoâi lieäu ñeå taïo ra saûn phaåm yeâu caàu . Coøn caùc quaù trình phuï laø caùc quaù trình caàn thieát cho caùc quaù trình chính thöïc hieän ñöôïc. Haàu heát caùc quaù trình saûn xuaát cô khí ñeàu coù muïc ñích cuoái cuøng laø laøm bieán ñoåi traïng thaùi cô lyù tính vaø hình daùng hình hoïc ban ñaàu cuûa phoâi lieäu ñeå taïo ra chi tieát (saûn phaåm yeâu caàu ). Trong quaù trình chính ñeå thöïc hieän vieäc bieán ñoåi, taát caû caùc thieát bò saûn xuaát cô khí phaûi thöïc hieän ñöôïc hai daïng chuyeån ñoäng cô baûn laø chuyeån ñoäng chính vaø chuyeån ñoäng phuï. Treân caùc maùy tieän goã coå ñieån, chuyeån ñoäng quay cuûa chi tieát laø chuyeån ñoäng chính vaø ñöôïc thöïc hieän baèng löïc ñaïp chaân cuûa coâng nhaân. Khi thöïc hieän cô khí hoùa, ngöôøi ta tieán haønh thay löïc ñaïp chaân baèng ñoäng cô ñieän . Caùc chuyeån ñoäng coøn laïi cuûa dao vaãn do coâng nhaân thöïc hieän baèng tay . Nhö vaäy, cô khí hoùa chính laø quaù trình thay theá taùc ñoäng cô baép cuûa con ngöôøi khi thöïc hieän caùc quaù trình coâng ngheä chính hoaëc caùc chuyeån ñoäng chính baèng maùy. Söû duïng cô khí hoùa cho pheùp naâng cao naêng suaát lao ñoäng, nhöng khoâng thay theá ñöôïc con ngöôøi trong caùc chöùc naêng ñieàu khieån, theo doõi dieãn tieán cuûa quaù trình cuõng nhö thöïc hieän moät loaït caùc chuyeån ñoäng phuï trôï khaùc . Xeùt ví duï ñôn giaûnBan – quyen quaù trình © Truong tieän nhö DH treânSu pham hình Ky1.1. thuat Chuyeån TP. HCMñoäng chính laø chuyeån ñoäng quay cuûa chi tieát vaø chaïy dao khi dao tieän boùc ñi moät lôùp phoâi lieäu, coøn chuyeån ñoäng phuï laø chuyeån ñoäng chaïy dao nhanh tôùi vò trí ban ñaàu, gaù ñaët phoâi leân maùy tröôùc khi gia coâng vaø thaùo dôõ noù sau khi gia coâng xong. Chi tieát gia coâng Dao Hình 1.1 Sô ñoà tieän cô khí hoùa Heä thoáng naøy haàu nhö khoâng coù söï noái keát naøo giöõa caùc haønh ñoäng khaùc nhau cuûa chu kì gia coâng. Ngöôøi thôï phaûi thöïc hieän baèng tay caùc chuyeån ñoäng phuï nhö luøi dao nhanh khoûi beà maët gia coâng, ñöa dao trôû veà vò trí ban ñaàu vaø ñieàu chænh dao vaøo vò trí môùi cho chu kì tieáp theo. Vôùi ví duï treân hình 1.1, sau khi ñaõ ñöôïc cô khí hoùa, maùy vaãn khoâng theå töï thöïc hieän ñöôïc caùc chuyeån ñoäng phuï. Do ñoù ñeå tieáp tuïc moät chu kyø môùi, caàn coù söï - 7 - Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM tham gia cuûa thôï ñieàu khieån. Khi aùp duïng cô khí hoùa quaù trình saûn xuaát, vieäc ñieàu khieån quaù trình do ngöôøi thôï thöïc hieän. 1.2.2 Töï ñoäng hoùa chu kyø gia coâng. Ñeå gia coâng hoaøn chænh moät beà maët hay moät soá beà maët, phaûi tieán haønh moät hoaëc nhieàu chu kyø gia coâng khaùc nhau. Maùy vaïn naêng khoâng theå töï ñoäng thöïc hieän ñöôïc nhieäm vuï ñoù. Töï ñoäng hoaù caùc chu kyø gia coâng laø giai ñoaïn phaùt trieån tieáp theo cuûa neàn saûn xuaát cô khí hoaù. Noù seõ thöïc hieän phaàn coâng vieäc maø cô khí hoùa khoâng theå ñaûm ñöông ñöôïc ñoù laø ñieàu khieån vaø thöïc hieän töï ñoäng caùc chuyeån ñoäng phuï. Ñieàu khieån laø moät quaù trình söû duïng thoâng tin ñeå taïo ra caùc taùc ñoäng caàn thieát tôùi cô caáu chaáp haønh, ñaûm baûo cho moät quaù trình vaät lí hoaëc thoâng tin naøo ñoù xaûy ra theo muïc ñích ñònh tröôùc. Vôùi nhöõng quaù trình saûn xuaát vaø coâng ngheä phöùc taïp, khi maø soá löôïng caùc thoâng soá tham gia vaøo quaù trình lôùn vaø coù giaù trò thay ñoåi lieân tuïc theo thôøi gian, thì khaû naêng hoaøn thaønh nhieäm vuï cuûa ngöôøi thôï thöïc hieän nhieäm vuï ñieàu khieån seõ bò suy giaûm ñaùng keå. Vì vaäy caàn giao nhieäm vuï ñoù cho maùy. Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Döõ lieäu Maùy tính Ñieàu khieån Ñoäng cô Hình 1.2 Hình 1.2 Sô ñoà tieän coù töï ñoäng hoùa chu kyø Ví duï: treân maùy tieän ñieàu khieån soá (hình 1.2) caùc chuyeån ñoäng chính vaø phuï ñöôïc maùy thöïc hieän töï ñoäng theo moät chöông trình ñònh saün, chöông trình naøy coù theå bao goàm nhieàu chu kyø gia coâng hay nhieàu ñöôøng chuyeån dao khaùc nhau. Con ngöôøi luùc naøy chæ coøn nhieäm vuï gaù ñaët phoâi, khôûi ñoäng vaø theo doõi quaù trình laøm vieäc cuûa chuùng. Tuy nhieân, sau khi gia coâng xong moät chi tieát thì maùy ngöøng hoaït ñoäng vì baûn thaân noù khoâng theå laáy phoâi ñeå tieáp tuïc gia coâng chi tieát tieáp theo, maùy naøy ñöôïc taïm goïi laø maùy baùn töï ñoäng. Trong giai ñoaïn ñaàu tieân cuûa neàn saûn xuaát töï ñoäng hoùa, do nhu caàu vaø ñieàu kieän saûn xuaát, khaû naêng cuûa thieát bò, quaù trình saûn xuaát thöôøng ñöôïc thöïc hieän theo phöông phaùp töï ñoäng hoùa töøng phaàn. Töï ñoäng hoùa töøng phaàn laø chæ töï ñoäng hoùa moät soá chuyeån ñoäng hay thao taùc naøo ñoù, maø nhöõng thao taùc ñoù caàn nhanh nhaïy vaø chính xaùc, caùc thao taùc coøn laïi vaãn thöïc hieän baèng tay. - 8 - Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM 1.2.3 Töï ñoäng hoùa maùy. Vôùi caùc maùy baùn töï ñoäng keå treân, muoán chuyeån sang gia coâng moät chi tieát môùi, con ngöôùi phaûi giuùp maùy thaùo chi tieát vaø gaù ñaët moät phoâi môùi. Möùc ñoä cao hôn cuûa töï ñoäng hoùa maùy laø trang bò heä thoáng caáp phoâi cho maùy. Heä thoáng naøy töï ñoäng thaùo chi tieát khi maùy gia coâng xong vaø thay theá phoâi môùi, ñoàng thôøi khôûi ñoäng moät chu kyø gia coâng cuûa chi tieát môùi. Pheãu caáp phoâi Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Hình 1.3 Maùy tieän töï ñoäng Hình 1.3 laø maùy tieän töï ñoäng, khi boû vaøo pheãu caáp phoâi moät soá löôïng phoâi ñuû lôùn, maùy seõ töï ñoäng gia coâng heát chi tieát naøy ñeán chi tieát khaùc maø khoâng caàn söï taùc ñoäng tröïc tieáp cuûa coâng nhaân. Söï ra ñôøi cuûa kyõ thuaät soá trong nhöõng naêm 1955-1956 ñaõ giuùp cho töï ñoäng hoùa phaùt trieån leân moät trình ñoä môùi. Caùc maùy NC, CNC vaø caùc MRP (Manufacturing Resourees Planning) ra ñôøi trong giai ñoaïn naøy ñaõ ñaët neàn moùng cho söï xuaát hieän trong nhöõng naêm 1985-1990 moät hình thöùc saûn xuaát môùi – saûn xuaát tích hôïp. Trong neàn saûn xuaát tích hôïp (ñoâi khi coøn ñöôïc goïi laø töï ñoäng hoùa toaøn phaàn), toaøn boä caùc coâng ñoaïn vaø nguyeân coâng cuûa quaù trình saûn xuaát, töø phoâi lieäu tôùi caùc coâng ñoaïn keát thuùc nhö kieåm tra, ñoùng goùi v.v , ñeàu ñöôïc töï ñoäng hoùa. 1.2.4 Khoa hoïc töï ñoäng hoùa Khoa hoïc töï ñoäng hoùa laø moät lónh vöïc khoa hoïc kyõ thuaät. Noù bao goàm caùc cô sôû lyù thuyeát, caùc nguyeân taéc cô baûn ñöôïc söû duïng khi thieát laäp caùc heä thoáng ñieàu khieån vaø kieåm tra töï ñoäng caùc quaù trình khaùc nhau ñeå ñaït ñöôïc muïc ñích cuoái cuøng maø khoâng caàn tôùi söï tham gia tröïc tieáp cuûa con ngöôøi . - 9 - Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM Khoa hoïc töï ñoäng hoùa ñöôïc caáu thaønh töø nhieàu moân hoïc khaùc nhau nhö lyù thuyeát ñieàu khieån töï ñoäng ; Lyù thuyeát moâ hình hoùa, moâ phoûng vaø phaân tích heä thoáng; Ñieàu khieån hoïc; Lyù thuyeát toái öu; Lyù thuyeát truyeàn tin; Kyõ thuaät laäp trình v v.Töï ñoäng hoùa caùc quaù trình saûn xuaát laø moät höôùng phaùt trieån khoa hoïc töï ñoäng hoùa. Söï phaùt trieån cuûa noù gaén lieàn vôùi caùc khoa hoïc lieân quan . 1.2.5 Heä thoáng thieát keá vaø cheá taïo coù trôï giuùp cuûa maùy tính (CAD-CAM) Vôùi söï xuaát hieän cuûa maùy ñieàu khieån soá, söï phaùt trieån cao cuûa coâng ngheä thoâng tin vaø coâng ngheä maùy tính, vieäc chuaån bò vaø ñieàu haønh saûn xuaát trong thôøi gian gaàn ñaây ñaõ coù nhöõng thay ñoåi cô baûn. Khaâu chuaån bò thieát keá ñaõ ñöôïc töï ñoäng hoùa nhôø heä thoáng thieát keá töï ñoäng coù söï trôï giuùp cuûa maùy tính ( CAD-Computer Aided Design ). Nhôø caùc trang thieát bò tính toaùn thieát keá nhö maùy tính, maøn hình ñoà hoïa, buùt veõ, maùy veõ (Plotter), cuøng caùc phaàn meàm chuyeân duøng (Matlab, Catia, CAD) cho pheùp taïo ra caùc moâ hình saûn phaåm trong khoâng gian ba chieàu, raát thuaän lôïi cho vieäc khaûo saùt, ñaùnh giaù söûa ñoåi nhanh choùng tröïc tieáp ngay treân maøn hình. Caùc baûn veõ trong CAD coù theå löu giöõ, nhaân baûn hoaëc goïi ra baát kyø luùc naøo. Ñieàu naøy cho pheùp tieát kieäm nhieàu thôøi gian, vaät lieäu vaø caùc chi phí khaùc cuûa giai ñoaïn thieát keá ban ñaàu tröôùc khi ñöa vaøo saûn xuaát . Khaâu ñieàu haønh cheá taïo saûn phaåm cuõng ñöôïc töï ñoäng hoùa nhôø heä thoáng ñieàu haønh quaù trình cheá taïo töï ñoäng coù söï trôï giuùp cuûa maùy tính CAM (Computer Aided Manufacturing). CAM chính laø moät phaàn cuûa heä CIM (Computer Integrated Manufacturing) vaø ñöôïc thieát laäp treân cô sôû söû duïng maùy tính vaø coâng ngheä maùy tính ñeå thöïc hieän taát caû caùc coângBan ñoaïn quyen cuûa © quaùTruong trình DH saûn Su xuaát, pham cheá Ky taïothuat saûn TP. phaåm HCM nhö laäp keá hoaïch saûn xuaát, thieát keá qui trình coâng ngheä gia coâng, quaûn lyù ñieàu haønh quaù trình cheá taïo vaø kieåm tra chaát löôïng saûn phaåm v v. CAM laø moät lónh vöïc caàn söï hoã trôï cuûa raát nhieàu coâng ngheä vaø kyõ thuaät lieân quan nhö kyõ thuaät CAPP ( Computer Aided Process Planning, coâng ngheä nhoùm GT (Group Technology), kyõ thuaät gia coâng lieân keát LAN (Local – Area Network), FMS v v. Do CAM cho pheùp thöïc hieän töï ñoäng vieäc laäp keá hoaïch, ñieàu khieån, hieäu chænh vaø kieåm tra caùc nguyeân coâng cuøng toaøn boä quaù trình gia coâng cheá taïo saûn phaåm, neân noù raát deã daøng keát hôïp vôùi heä thoáng CAD, taïo ra moät phöông thöùc saûn xuaát môùi tieân tieán, ñoù laø heä thoáng thieát keá vaø cheá taïo töï ñoäng coù söï trôï giuùp cuûa maùy tính CIM. 1.2.6 Heä thoáng saûn xuaát tích hôïp coù trôï giuùp cuûa maùy tính (CIM) Hai coâng ngheä tieân tieán CAD vaø CAM coù lieân quan chaët cheõ ñeán söï hình thaønh cuûa heä thoáng thieát keá cheá taïo töï ñoäng coù söï trôï giuùp cuûa maùy tính (CAD /CAM) khi noái keát heä CAD vôùi heä CAM. Heä thoáng tích hôïp CAD/CAM coøn ñöôïc goïi laø heä thoáng saûn xuaát tích hôïp coù söï trôï giuùp cuûa maùy tính (CIM) . Caùc quaù trình saûn xuaát thöïc hieän baèng heä thoáng naøy goïi laø caùc quaù trình saûn xuaát tích hôïp . Trong caùc heä thoáng saûn xuaát tích hôïp, chöùc naêng thieát keá vaø cheá taïo ñöôïc gaén keát nhau, hoã trôï nhau, cho pheùp taïo ra saûn phaåm nhanh choùng baèng caùc qui trình saûn xuaát linh hoaït vaø hieäu quaû. Caùc thieát bò saûn xuaát töï ñoäng vaø caùc maùy rieâng bieät ñöôïc keát noái vôùi caùc thieát bò truyeàn taûi thoâng tin taïo thaønh moät heä thoáng nhaát, cho pheùp kheùp kín chu trình gia coâng, cheá taïo saûn phaåm. 1.2.7 Heä thoáng saûn xuaát linh hoaït (FMS) - 10 - Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM Heä thoáng saûn xuaát linh hoaït (FMS – Flexible Manufacturing Systems) laø moät heä thoáng bao goàm caùc thieát bò gia coâng nhö maùy ñieàu khieån soá, trung taâm gia coâng, thieát bò gaù laép, thaùo dôõ chi tieát vaø duïng cuï töï ñoäng, heä thoáng cô caáu ñònh höôùng chi tieát töï ñoäng trong quaù trình gia coâng, cô caáu kieåm tra töï ñoäng, cô caáu vaän chuyeån töï ñoäng, cô caáu caáp phaùt duïng cuï töï ñoäng, heä thoáng ñieàu khieån.v v ñöôïc thieát keá theo nguyeân taéc moâñun vaø ñöôïc ñieàu khieån baèng moät maùy tính hoaëc moät heä thoáng maùy tính. Trong moät chöøng möïc naøo ñoù Caùc thieát bò gia coâng Robot Ñöôøng vaän chuyeån phoâi Ñöôøng ñi cuûa ROBOT Hình 1.4 Heä thoáng saûn xuaát linh hoaït Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM FMS coù theå coi nhö moät CIM nhoû. Noù ñöôïc thieát keá ñeå laøm ñaày khoaûng troáng giöõa ñöôøng daây töï ñoäng duøng trong saûn xuaát haøng khoái vaø nhoùm maùy CNC. Noù cho pheùp chuyeån ñoåi nhanh saûn xuaát khi thay ñoåi saûn phaåm vôùi chi phí thôøi gian vaø tieàn baïc nhoû nhaát . Theo caáu truùc, heä thoáng saûn xuaát linh hoaït coù theå chia thaønh caùc caáp ñoä nhö: Maùy linh hoaït, moâñun saûn xuaát linh hoaït, daây chuyeàn saûn xuaát linh hoaït, phaân xöôûng saûn xuaát linh hoaït vaø nhaø maùy saûn xuaát linh hoaït. Treân hình 1-4 moâ taû moät daây chuyeàn töï ñoäng linh hoaït hoùa nhôø ROBOT thaùo chi tieát vaø caáp phoâi cho töøng maùy. 1.2.8 Roâboát coâng nghieäp Moät lónh vöïc quan troïng cuûa neàn saûn xuaát trí tueä ñoù laø roâboát coâng nghòeâp. Roâboát laø moät thieát bò töï ñoäng ña chöùc naêng ñöôïc laäp trình cho moät hoaëc nhieàu coâng vieäc vaø ñöôïc ñieàu khieån baèng maùy tính. Moät trong nhöõng boä phaän chöùc naêng chính cuûa roâboát ñoù laø heä thoáng ñieàu khieån, noù coù nhieäm vuï xöû lyù caùc thoâng tin nhaän ñöôïc ñeå taïo ra caùc chuoãi leänh caàn thieát. Heä thoáng ñieàu khieån cuõng ñöôïc coi nhö moät kho chöùa vaø trung chuyeån döõ lieäu khi ta söû duïng cho caùc coâng vieäc khaùc nhau. Caùc roâboát thöôøng ñöôïc trang bò caùc heä thoáng ñieàu khieån thích nghi, caùc heä thoáng ñieàu khieån theo chöông trình loâgic PLC (Programmable Logic Control), caùc heä thoáng caûm bieán ñeå thöïc hieän caùc chöùc naêng nhö nghe, nhìn, caûm giaùc, ngöûi v v. Vì vaäy chuùng ñöôïc söû duïng haàu heát trong caùc lónh vöïc y teá, dòch vuï, gia coâng, laép raùp, vaø caùc lónh vöïc khaùc maø caùc maùy töï ñoäng thoâng thöôøng - 11 - Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM khoâng theå thöïc hieän ñöôïc.Trong nhöõng tröôøng hôïp khi yeâu caàu vaän toác xöû lyù tình huoáng nhanh, chính xaùc, khi löïa choïn tìm kieám caùc gæai phaùp nhieàu phöông aùn, khi yeâu caàu khaû naêng suy nghó loâgic vaø phaùn ñoaùn tình huoáng theo boái caûnh thì söû duïng roâboát cho hieäu quaû cao. Roâboát laø thieát bò duy nhaát coù theå ñaùp öùng ñöôïc ñaëc tính thay ñoåi nhanh vaø linh hoaït cuûa neàn saûn xuaát hieän ñaïi, môû roäng ñaùng keå chöùc naêng cuûa caùc thieát bò vaø quaù trình saûn xuaát vôùi hieäu quaû cao . Nghieân cöùu, phaùt trieån vaø öùng duïng caùc heä thoáng Trí tueä nhaân taïo trong thieát keá cheá taïo caùc theá heä roâboât thoâng minh laø moät xu höôùng raát trieån voïng cuûa coâng ngheä robot. Caùc roâboât thoâng minh coù khaû naêng moâ phoûng laïi caùc ñaëc tính thöôøng thaáy trong caùc xöû söï cuûa con ngöôøi nhö hoïc taäp, suy luaän, giaûi quyeát vaán ñeà v v. Roâboât thoâng minh ñang ñöôïc öùng duïng roäng raõi trong caùc lónh vöïc maø chæ coù chuyeân gia gioûi môùi thöïc hieän ñöôïc nhö khaùm beänh, ñoùng phim, chôi nhaïc, huaán luyeän caùc vaän ñoäng vieân boùng baøn, boùng ñaù, côø töôùng, côø vua v v. Söû duïng caùc roâboât ñöôïc ñieàu khieån qua veä tinh vaø noái maïng cho pheùp thu heïp vaø hoøa nhaäp khoâng gian laøm vieäc, tieán tôùi thieát laäp moät neàn saûn xuaát toaøn caàu. Ñeå ñaùp öùng ñoøi hoûi cuûa neàn saûn xuaát trí tueä nhö tính linh hoaït, tính toái öu, vaän toác xöû lyù tình huoáng, coâng ngheä roâboât trong töông lai phaûi giaûi quyeát haøng loaït caùc vaán ñeà lieân quan ñeán caùc caáu truùc cuûa caùc daãn ñoäng, ñoä tin caäy, khaû naêng tieáp nhaän vaø xöû lyù thoâng tin cuûa heä thoáng caûm bieán, tính vaïn naêng cuûa caùc ngoân ngöõ laäp trình kieåu môùi, tính linh hoaït cuûa keát caáu vaø nhieàu vaán ñeà khaùc . 1.3 Vai troø vaø yù nghóa cuûa töï ñoäng hoùa quaù trình saûn xuaát 1. Töï ñoäng hoùa Bancaùc quaùquyen trình © Truong saûn xuaát DH choSu pham pheùp Kygiaûm thuat giaù TP. thaønh HCM vaø naâng cao naêng suaát lao ñoäng. Trong moïi thôøi ñaïi, caùc quaù trình saûn xuaát luoân ñöôïc ñieàu khieån theo caùc qui luaät kinh teá. Coù theå noùi giaù thaønh laø moät trong nhöõng yeáu toá quan troïng xaùc ñònh nhu caàu phaùt trieån töï ñoäng hoùa. Khoâng moät saûn phaåm naøo coù theå caïnh tranh ñöôïc neáu giaù thaønh saûn phaåm cao hôn caùc saûn phaåm cuøng loaïi, coù tính naêng töông ñöông vôùi caùc haõng khaùc. Trong boái caûnh neàn kinh teá ñang phaûi ñoái phoù vôùi caùc hieän töôïng nhö laïm phaùt, chi phí cho vaät tö, lao ñoäng, quaûng caùo vaø baùn haøng ngaøy caøng taêng buoäc coâng nghieäp cheá taïo phaûi tìm kieám caùc phöông phaùp saûn xuaát toái öu ñeå giaûm giaù thaønh saûn phaåm. Maët khaùc nhu caàu naâng cao chaát löôïng saûn phaåm seõ laøm taêng möùc ñoä phöùc taïp cuûa quaù trình gia coâng. Khoái löôïng caùc coâng vieäc ñôn giaûn cho pheùp traû löông thaáp seõ giaûm nhieàu. Chi phí cho ñaøo taïo coâng nhaân vaø ñoäi nguõ phuïc vuï, giaù thaønh thieát bò cuõng taêng theo. Ñaây laø ñoäng löïc maïnh kích thích söï phaùt trieån cuûa töï ñoäng hoùa. 2. Töï ñoäng hoùa caùc quaù trình saûn xuaát cho pheùp caûi thieän ñieàu kieän saûn xuaát. Caùc quaù trình saûn xuaát söû duïng quaù nhieàu lao ñoäng soáng raát deã maát oån ñònh veà giôø giaác, veà chaát löôïng gia coâng vaø naêng suaát lao ñoäng, gaây khoù khaên cho vieäc ñieàu haønh vaø quaûn lyù saûn xuaát. Caùc quaù trình saûn xuaát töï ñoäng cho pheùp loaïi boû caùc nhöôïc ñieåm treân. Ñoàng thôøi töï ñoäng hoùa ñaõ thay ñoåi tính chaát lao ñoäng, caûi thieän ñieàu kieän laøm vieäc cuûa coâng nhaân, nhaát laø trong caùc khaâu ñoäc haïi, naëng nhoïc, coù tính laëp ñi laëp laïi nhaøm chaùn, khaéc phuïc daàn söï khaùc nhau giöõa lao ñoäng trí oùc vaø lao ñoäng chaân tay. 3. Töï ñoäng hoùa caùc quaù trình saûn xuaát cho pheùp ñaùp öùng cöôøng ñoä lao ñoäng saûn xuaát hieän ñaïi . Vôùi caùc loaïi saûn phaåm coù soá löôïng lôùn (haøng tæ caùi trong moät naêm) nhö - 12 - Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM ñinh, boùng ñeøn ñieän, khoùa keùo v v.thì khoâng theå söû duïng caùc quaù trình saûn xuaát thuû coâng ñeå ñaùp öùng saûn löôïng yeâu caàu vôùi giaù thaønh nhoû nhaát. 4. Töï ñoäng hoùa caùc quaù trình saûn xuaát cho pheùp thöïc hieän chuyeân moân hoùa vaø hoaùn ñoåi saûn xuaát. Chæ coù moät soá ít saûn phaåm phöùc taïp laø ñöôïc cheá taïoï hoaøn toaøn bôûi moät nhaø saûn xuaát. Thoâng thöôøng moät haõng seõ söû duïng nhieàu nhaø thaàu ñeå cung caáp caùc boä phaän rieâng leû cho mình, sau ñoù tieán haønh lieân keát, laép raùp thaønh saûn phaåm toång theå. Caùc saûn phaåm phöùc taïp nhö oâtoâ, maùy bay.v v neáu cheá taïo theo phöông thöùc treân seõ coù raát nhieàu öu ñieåm. Caùc nhaø thaàu seõ chuyeân saâu hôn vôùi caùc saûn phaåm cuûa mình . Vieäc nghieân cöùu, caûi tieán chæ phaûi thöïc hieän trong moät vuøng chuyeân moân heïp, vì theá seõ coù chaát löôïng cao hôn, tieán ñoä nhanh hôn. Saûn xuaát cuûa caùc nhaø thaàu coù ñieàu kieän chuyeån thaønh saûn xuaát haøng khoái. Do moät nhaø thaàu tham gia vaøo quaù trình saûn xuaát moät saûn phaåm phöùc taïp naøo ñoù coù theå ñoùng vai troø nhö moät nhaø cung caáp cho nhieàu haõng khaùc nhau, neân khaû naêng tieâu chuaån hoùa saûn phaåm laø raát cao. Ñieàu naøy cho pheùp öùng duïng nguyeân taéc hoaùn ñoåi – moät trong caùc ñieàu kieän cô baûn daãn tôùi söï hình thaønh daïng saûn xuaát haøng khoái khi cheá taïo caùc saûn phaåm phöùc taïp, soá löôïng ít. Tuy nhieân, cuõng khoâng neân quaù ñeà cao taàm quan troïng cuûa tieâu chuaån hoaù. Khoâng coù tieâu chuaån hoùa trong saûn xuaát chæ coù theå gaây caûn trôû cho vieäc hoaùn chuyeån ôû moät möùc ñoä nhaát ñònh, laøm taêng tieâu toán thôøi gian cho caùc quaù trình saûn xuaát caùc saûn phaåm phöùc taïp chöù khoâng theå laøm cho caùc quaù trình naøy khoâng theå thöïc hieän ñöôïc. Coù theå noùi töï ñoäng hoùa giöõ moät vai troø quan troïng trong vieäc thöïc hieän tieâu chuaån hoùa bôûi chæ coù neàn saûn xuaát töï ñoäng hoùa môùi cho pheùp cheá taïo caùc saûn phaåm coù kích côõ vaø ñaëc tính khoâng hoaëc ít thay ñoåi vôùi soá löôïng lôùn moät caùch hieäu quaû nhaát. Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM 5. Töï ñoäng hoùa caùc quaù trình saûn xuaát cho pheùp thöïc hieän caïnh tranh vaø ñaùp öùng ñieàu kieän saûn xuaát. Nhu caàu veà saûn phaåm seõ quyeát ñònh möùc ñoä aùp duïng töï ñoäng hoùa caàn thieát trong quaù trình saûn xuaát. Ñoái vôùi saûn phaåm phöùc taïp nhö taøu bieån, giaøn khoan daàu vaø caùc saûn phaåm coù kích côõ, troïng löôïng raát lôùn khaùc, soá löôïng seõ raát ít. Thôøi gian cheá taïo keùo daøi töø vaøi thaùng ñeán vaøi naêm. Khoái löôïng lao ñoäng raát lôùn. Vieäc cheá taïo chuùng treân caùc daây chuyeàn töï ñoäng cao caáp laø khoâng hieäu quaû vaø khoâng neân. Maët khaùc caùc saûn phaåm nhö boùng ñeøn ñieän, oâtoâ, caùc loaïi duïng cuï ñieän daân duïng thöôøng coù nhu caàu raát cao tieàm naêng thò tröôøng lôùn, nhöng laïi ñöôïc raát nhieàu haõng cheá taïo. Trong nhieàu tröôøng hôïp, lôïi nhuaän rieâng cuûa moät ñôn vò saûn phaåm laø raát beù. Chæ coù saûn xuaát taäp trung vôùi soá löôïng lôùn treân caùc daây chuyeàn töï ñoäng, naêng suaát cao môùi coù theå laøm cho giaù thaønh saûn phaåm thaáp, hieäu quaû kinh teá cao. Söû duïng caùc quaù trình saûn xuaát töï ñoäng hoùa trình ñoä cao trong nhöõng tröôøng hôïp naøy laø raát caàn thieát. Chính yeáu toá naøy laø moät taùc nhaân toát kích thích quaù trình caïnh tranh trong cô cheá kinh teá thò tröôøng. Caïnh tranh seõ loaïi boû caùc nhaø saûn xuaát cheá taïo ra caùc saûn phaåm chaát löôïng thaáp, giaù thaønh cao. Caïnh tranh baét buoäc caùc nhaø saûn xuaát phaûi caûi tieán coâng ngheä, aùp duïng töï ñoäng hoùa caùc quaù trình saûn xuaát ñeå taïo ra saûn phaåm toát hôn vôùi giaù reû hôn. Coù raát nhieàu ví duï veà caùc nhaø saûn xuaát khoâng coù khaû naêng hoaëc khoâng muoán caûi tieán coâng ngheä vaø aùp duïng töï ñoäng hoùa saûn xuaát neân daãn ñeán thaát baïi trong thò tröôøng. - 13 - Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM 1.4 Phöông höôùng phaùt trieån töï ñoäng hoùa ôû Vieät Nam. Nghieân cöùu lòch söû phaùt trieån töï ñoäng hoùa cuûa theá giôùi, caên cöù vaøo ñieàu kieän cuï theå trong nöôùc, coù theå sô löôïc vaïch ra phöông höôùng phaùt trieån töï ñoäng hoùa cuûa ngaønh cheá taïo maùy nöôùc ta: 1- Cô khí hoùa vaø töï ñoäng hoùa caùc maùy vaïn naêng ñang söû duïng. - Vôùi caùc maùy vaïn naêng hieän coù, chuùng ta caàn caûi tieán thaønh caùc maùy baùn töï ñoäng. Trang bò gaù laép nhanh, söû duïng caùc cô caáu cheùp hình. Ñaëc bieät neân söû duïng daàu eùp vaø khí eùp trong caùc chuyeån ñoäng chaïy dao vaø keïp chaët. - Löïa choïn nhöõng maùy baùn töï ñoäng saûn xuaát haøng loaït ñeå trang bò theâm phaàn caáp phoâi töï ñoäng, bieán noù thaønh maùy töï ñoäng. - Nghieân cöùu caûi tieán moät soá maùy trôû thaønh maùy ñieàu khieån chöông trình soá laøm cô sôû cho vieäc thieát keá vaø cheá taïo sau naøy. 2- Thieát keá, cheá taïo caùc loaïi maùy baùn töï ñoäng, maùy töï ñoäng. - Tieán haønh nghieân cöùu thieát keá, cheá taïo caùc maùy maùy baùn töï ñoäng vaø töï ñoäng song song vôùi quaù trình caûi tieán treân. Ñoàng thôøi tieáp caän vôùi caùc maùy NC, CNC baèng caùch nhaäp thieát bò vaø coâng ngheä ñeå ñaøo taïo caùn boä kyõ thuaät, coâng nhaân, tieán tôùi laøm chuû caùc thieát bò ñoù laøm tieàn ñeà cho quaù trình cheá taïo maùy sau naøy. Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM 3- Tieáp tuïc nghieân cöùu cheá taïo caùc moñun saûn xuaát linh hoaït, heä thoáng saûn xuaát linh hoaït. Song song vôùi noù caàn töøng böôùc töï ñoäng hoùa khaâu chuaån bò saûn xuaát nhö : thieát keá saûn phaåm, thieát keá qui trình coâng ngheä, laäp keá hoaïch.v.v. ñeå taïo ra heä thoáng töï ñoäng hoùa saûn xuaát töø thieát keá ñeán cheá taïo. Böôùc ñaàu neân nhaäp nhieàu caùc phaàn meàm CAD vaø CAM ñeå taïo ñieàu kieän cho caùn boä kyõ thuaät naâng cao trình ñoä. 1.5 Muïc ñích vaø noäi dung cuûa giaùo trình Cung caáp moät soá phöông phaùp vaø phöông tieän töï ñoäng hoùa maùy coâng cuï vaø töï ñoäng hoùa quaù trình saûn xuaát cô khí laø muïc tieâu chính cuûa giaùo trình naøy. Ngoaøi ra, caùc kieán thöùc naøy coøn coù theå aùp duïng cho moät soá ngaønh saûn xuaát khaùc nhö: coâng nghieäp ñoùng goùi, coâng nghieäp thöïc phaåm, döôïc phaåm vaø caû trong ñôøi soáng. Noäi dung cuûa giaùo trình goàm: - Caùc phöông tieän töï ñoäng hoùa coâng vieäc ñieàu khieån maùy. - Caùc phöông phaùp vaø phöông tieän töï ñoäng hoùa caáp phoâi vaø thay dao. - Caùc phöông phaùp vaø phöông tieän töï ñoäng hoùa kieåm tra. - Caùc phöông phaùp vaø phöông tieän laép raùp töï ñoäng. - Daây chuyeàn saûn xuaát töï ñoäng hoùa. - 14 - Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM Chöông 2 CAÙC THIEÁT BÒ CÔ BAÛN TRONG HEÄ THOÁNG TÖÏ ÑOÄNG Ñaëc tröng cô baûn cuûa caùc heä thoáng töï ñoäng laø khoâng coù söï can thieäp cuûa con ngöôøi trong quaù trình hoaït ñoäng cuûa noù. Do ñoù, toaøn boä caùc trang thieát bò cuûa heä thoáng phaûi ñaûm ñöông ñöôïc taát caû caùc coâng vieäc cuûa con ngöôøi trong quaù trình hoaït ñoäng nhö caùc thao taùc naâng chuyeån, laép raùp, kieåm tra, ñieàu khieån, quaûn lí vaø löu tröõ soá lieäu v v .Caùc thieát bò cô baûn cuûa heä thoáng töï ñoäng coù theå phaân ra caùc nhoùm chính: caùc cô caáu chaáp haønh, caùc thieát bò ñieàu khieån, caùc loaïi caûm bieán vaø boä phaän giao tieáp ngöôøi - maùy. Cô caáu chaáp haønh coù theå hieåu laø moät boä phaän maùy moùc, thieát bò coù khaû naêng thöïc hieän moät coâng vieäc naøo ñoù döôùi taùc ñoäng cuûa tín hieäu ñieàu khieån phaùt ra töø thieát bò ñieàu khieån. Trong taát caû caùc heä thoáng töï ñoäng, thieát bò tieáp nhaän thoâng tin veà dieãn bieán cuûa moâi tröôøng vaø dieãn bieán cuûa caùc ñaïi löôïng vaät lyù beân trong heä thoáng goïi laø caûm bieán. Ñoái vôùi ngöôøi söû duïng, vieäc naém ñöôïc nguyeân lyù, caáu taïo vaø caùc ñaëc tính cô baûn cuûa caûm bieán laø ñieàu kieän tieân quyeát ñeå baûo ñaûm söï vaän haønh toát moät heä thoáng töï ñoäng. Thieát bò ñieàu khieån coù nhieäm vuï thu thaäp, xöû lyù caùc thoâng tin töø chöông trình vaø töø caùc caûm bieán ñeå ñieàu khieån cô caáu chaáp haønh thöïc hieän caùc taùc ñoäng theo yeâu caàu ñeà ra. Heä thoáng caûm bieán – thieát bò ñieàu khieån – cô caáu chaáp haønh taïo thaønh moät heä kín ñöôïc goïi laø heä ñieàu khieån maïch kín, hay heä ñieàu khieån servo. Ngaøy nay coù raát nhieàu nhaø cung Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM caáp thieát bò chuyeân duøng ñaët bieät laø PLC, caùc heä ñieàu khieån servo hay coøn goïi laø ñieàu khieån PID. Caùc kyõ sö vaø caùc nhaø coâng ngheä phaûi coù ñuû khaû naêng thieát keá vaø vaän haønh caùc heä thoáng servo naøy. Muïc ñích cuûa chöông naøy laø trang bò caùc kieán thöùc cô baûn ñeå ngöôøi hoïc coù theå laép ñaët, thieát keá, vaän haønh, baûo trì moät heä thoáng töï ñoäng coù caùc boä phaän keå treân. 2.1 Caûm bieán Caûm bieán coù nhieäm vuï tieáp nhaän caùc tín hieäu, bieán ñoåi chuùng thaønh caùc ñaïi löôïng deã xöû lyù vaø chuyeån ñeán cho thieát bò ñieàu khieån. Sô ñoà cuûa heä thoáng caûm bieán vaø heä thoáng xöû lyù thoâng tin nhö sau: Ñieän naêng Naêng löôïng Ñaïi löôïng Tín hieäu ñieän cuûa ñaïi löôïng vaät lyù vaät lyù BIEÁN ÑOÅI XÖÛ LÍ CAÀN ÑAÏI LÖÔÏNG TÍN HIEÄU CAÀN TRUYEÀN THOÂNG TIN PHAÙT HIEÄN BOÄ CAÛM BIEÁN BOÄ XÖÛ LYÙ - 15 - Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM 2.1.1 Phaân loaïi caûm bieán Coù nhieàu caùch phaân loaïi caûm bieán, coù theå phaân loaïi theo tín hieäu vaøo, phaân loaïi theo tín hieäu ra, phaân loaïi theo caáu taïo 1-Theo tín hieäu ra, ta coù : - Caûm bieán ON/OFF – caûm bieán naøy chæ coù hai traïng thaùi laø coù doøng ra khaùc khoâng hoaëc doøng ra baèng khoâng. - Caûm bieán töông töï – caûm bieán cho tín hieäu ra thay ñoåi lieân tuïc theo tín hieäu vaøo. - Caûm bieán soá – caûm bieán cho tín hieäu ra döôùi daïng xung. Tín hieäu töông töï Tín hieäu ON/OFF 20 mA 1 0 2500 Thôøi gian Nhieät ñoä a) Tín hieäu ON/OFF b) Tín hieäu töông töï TínTín hieäu hieäu soá Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuatSOÁ TP. HCM 011 Hình 2.1 Ñoà thò quan heä 010 giöõa tín hieäu vaøo vaø ra cuûa 001 caùc loaïi caûm bieán 000 Goùc quayä c) Tín hieäu soá 2- Theo tín hieäu vaøo ta coù : - Caûm bieán vò trí - Caûm bieán nhieät ñoä - Caûm bieán aùp suaát - Caûm bieán löïc, khoái löôïng - Caûm bieán noàng ñoä - Caûm bieán löu löôïng - Caûm bieán vaän toác, gia toác 3- Theo baûn chaát, caáu taïo ta coù : - Caûm bieán quang ñieän (Photoelectric Sensor) - 16 - Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM - Caûm bieán tieáp caän ñieän töø (Inductive Proximity Sensor) - Caûm bieán tieáp caän ñieän dung (Capacitive Proximity Sensor) - Caûm bieán LAZER - Caûm bieán sieâu aâm (Ultrasonic Sensors) - Caûm bieán ñieän caûm - Caûm bieán nhieät (Tempetature Sensor) Vaø coøn nhieàu loaïi caûm bieán khaùc. Sau ñaây chuùng ta tìm hieåu moät soá caûm bieán thoâng duïng trong ño löôøng vaø ñieàu khieån. 2.1.2 Caûm bieán vò trí Caûm bieán vò trí coù nhieäm vuï phaùt hieän söï coù maët cuûa vaät theå thöïc nhö chi tieát, cô caáu maùy Coù raát nhieàu loaïi caûm bieán ñeå phaùt hieän vò trí, ôû ñaây trình baøy moät soá loaïi thoâng duïng laø: caûm bieán quang ñieän, caûm bieán tieáp caän ñieän töø, caûm bieán tieáp caän ñieän dung 1- Caûm bieán tieáp caän ñieän töø (Inductive Proximity Sensor) Ñoái töôïng Voû baûo veä Ban quyenCuoän daây © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Tín hieäu ra Taïo töø tröôøng Bieán ñoåi Töø tröôøng Hình 2.2 Caáu taïo caûm bieán tieáp caän ñieän töø Caûm bieán tieáp caän ñieän töø (hình 2-2) laø loaïi caûm bieán ñöôïc söû duïng roäng raõi ñeå phaùt hieän söï coù maët cuûa vaät lieäu daãn ñieän khoâng qua tieáp xuùc. Maïch dao ñoäng taïo ra dao ñoäng ñieän töø vôùi taàn soá cao, khi khoâng coù vaät daãn ñieän naøo ôû gaàn beà maët cuûa caûm bieán thì trôû khaùng trong cuoän daây phuï thuoäc vaøo töø caûm cuûa noù. Khi coù vaät daãn ñieän xuaát hieän trong vuøng töø tröôøng seõ phaùt sinh doøng Foucault caûm öùng, laøm thay ñoåi trôû khaùng cuûa cuoän daây, boä bieán ñoåi seõ bieán söï thay ñoåi ñoù thaønh doøng ra cuûa caûm bieán. Nhö vaäy caûm bieán tieáp caän ñieän töø seõ coù hai traïng thaùi : ON (khi coù vaät daãn ñieän xuaát hieän) vaø OFF (khi khoâng coù vaät daãn ñieän xuaát hieän). Ngöôøi ta söû duïng doøng ra ñeå ñieàu khieån moät quaù trình naøo ñoù. Khoaûng caûm nhaän cuûa caûm bieán thöôøng nhoû hôn 10mm. - 17 - Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM Hình daùng vaø kyù hieäu cuûa caûm bieán tieáp caän ñieän töø theå hieän treân hình 2-3. 24v +24V CB K 0V Hình 2.3 Hình daùng vaø kyù hieäu caûm bieán tieáp caän ñieän töø 2- Caûm bieán tieáp caän ñieän dung (Capacitive Proximity Sensor) Caûm bieán ñieän dung söû duïng vaät theå daãn ñieän hoaëc khoâng daãn ñieän nhö moät cöïc cuûa tuï ñieän. Vaät theå caøng gaàn caûm bieán thì dung löôïng cuûa tuï ñieän caøng cao. Beân trong caûm bieán coù maïch duøng nguoàn DC taïo dao ñoäng cho caûm bieán. Caûm bieán seõ ñöa ra moät doøng ñieän tæ leä vôùi khoaûng caùch giöõa hai taám cöïc (hình 2-4). Caûm bieán naøy phöùc taïp vaø ñaét hôn caùc caûm bieán ñieän töø. Neáu söû duïng khoâng caån thaän thì caùc caûm bieán naøy coù theå cho caùc giaù trò sai leäch. Mieàn ño naèm trong khoaõng 3 ñeán 25 mm. Ñoái töôïng Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM caàn phaùt hieän Hình 2.4 Caáu taïo caûm bieán tieáp caän ñieän dung Nhö vaäy caûm bieán tieáp caän ñieän dung phaùt hieän ñöôïc moïi vaät theå, coù theå phaùt hieän vaät theå qua lôùp caùch ly(khoâng phaûi laø kim loaïi); ví duï : nöôùc trong thuøng nhöïa, oáng thuûy tinh +24V CB K 0V Hình 2.5 Hình daùng vaø kyù hieäu Caûm bieán tieáp caän ñieän dung - 18 - Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM Treân hình 2-5 moâ taû hình daùng vaø kyù hieäu caûm bieán tieáp caän ñieän dung. Trong sô ñoà treân K laø ñaïi dieän cho heä thoáng xöû lyù thoâng tin tieáp theo, U laø nguoàn ñieän moät chieàu cung caáp cho caûm bieán. Nhö vaäy caûm bieán tieáp caän ñieän dung seõ coù hai traïng thaùi : ON (khi coù vaät daãn ñieän hoaëc khoâng daãn ñieän xuaát hieän) vaø OFF (khi khoâng coù vaät xuaát hieän). Ngöôøi ta söû duïng doøng ra ñeå ñieàu khieån moät quaù trình naøo ñoù. 3- ÖÙng duïng cuûa caûm bieán tieáp caän ñieän töø vaø ñieän dung Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Hình 2.6 Moät soá öùng duïng cuûa caûm bieán tieáp caän ñieän töø vaø ñieän dung Hình 2-6.a) Ñieàu khieån chuyeån ñoäng ; b) Ñieàu khieån daây chuyeàn saûn xuaát; c) Ñeám vaø kieåm tra ñoùng hoäp; d) Ñieàu khieån maùy : söû duïng caûm bieán ñieän töø (Inductive Proximity Sensor). Hình 2-6.e) Phaùt hieän möùc chaát loûng ; g) Kieåm tra vaø ñieàu khieån quaù trình : söû duïng caûm bieán ñieän dung (Capacitive Proximity Sensor). - 19 - Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM Moät soá trong caùc öùng duïng naøy seõ ñöôïc cuï theå hoùa baèng caùc maïch ñieàu khieån ôû phaàn sau. 4- Caûm bieán quang ñieän (Photoelectric Sensor) Caáu taïo cuûa caûm bieán quang ñieän goàm hai boä phaän : boä phaän phaùt vaø boä phaän thu. Nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa caûm bieán quang ñöôïc chæ ra treân hình 2-7. Boä phaän phaùt seõ phaùt ñi tia hoàng ngoaïi baèng ñioát phaùt quang, khi gaëp vaät chaén, tia hoàng ngoaïi seõ phaûn hoài laïi vaøo boä phaän thu. Boä phaän thu coù theå laø moät tranzito quang, sau khi nhaän tia hoàng ngoaïi seõ xöû lyù vaø cho tín hieäu ra ñaõ ñöôïc khueách ñaïi. Hình 2.7 Caáu taïo caûm bieán quang Tuøy theo vieäc boá trí boä phaän phaùt vaø thu , ngöôøi ta chia caûm bieán quang thaønh hai Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM loaïi nhö sau: - Caûm bieán quang moät chieàu, xem hình 2-8 a) - Caûm bieán quang phaûn hoài, xem hình 2-8 b) Ñoái töôïng Caûm bieán a) b) +24V CB K 0V c) d) Hình 2.8 Caùc loaïi caûm bieán quang - 20 - Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM Hình 2-8 a) laø loaïi caûm bieán quang coù ñaàu thu vaø ñaàu phaùt ñaët veà hai phía, loaïi naøy coù theå phaùt hieän vaät caùch xa 7m. Hình 2-8 b) laø loaïi caûm bieán quang coù ñaàu thu vaø ñaàu phaùt ñaët cuøng phía, neáu duøng göông phaûn xaï thì coù theå phaùt hieän vaät caùch xa töø 0,1 – 2m. Neáu söû duïng beà maët vaät caàn phaùt hieän phaûn xaï thì khoaûng phaùt hieän xa nhaát laø 70cm. Hình 2-8 c) laø hình daùng caûm bieán quang coù ñaàu thu vaø ñaàu phaùt rôøi nhau, coù theå ñaët cuøng phía hoaëc hai phía. Hình 2-8 d) laø kyù hieäu caûm bieán quang coù ñaàu thu vaø ñaàu phaùt cuøng phía. Caûm bieán quang ñöôïc öùng duïng nhieàu trong coâng nghieäp vaø ñôøi soáng nhö : ñeám saûn phaåm, ñeám ngöôøi, phaùt hieän vaät laï treân daây chuyeàn coâng nghieäp, baûo veä an toaøn cho con ngöôøi khi ñöa tay vaøo vuøng nguy hieåm. Moät öùng duïng thöôøng gaëp laø ño vò trí goùc cuûa truïc ñoäng cô hay maùy coâng cuï 5- Encoder (boä maõ hoùa quang) Encoder laø caûm bieán hay duøng ñeå ño vò trí goùc cuûa truïc ñoäng cô, maùy coâng cuï, baêng taûi v v. Encoder coù hai loaïi chính : loaïi töông ñoái hay coøn goïi laø taêng daàn vaø loaïi tuyeät ñoái. Encoder taêng daàn Loaïi coù moät ñóa, thì ñóa naøy Ñóa coá ñònh ñöôïc gaén leân truïc quay,Ban treân quyen ñóa coù © Truong(n) DH Su pham Ky thuat TP. HCM raõnh. Caùc caûm bieán quang hoïc ñöùng yeân phaùt hieän aùnh saùng khi caùc raõnh ñi qua. Hình 2-9 laø caáu taïo cuûa encoder taêng daàn, loaïi naøy caáu taïo goàm hai ñóa: ñóa ñöùng yeân vaø ñóa quay. Ñóa quay goàm toái ña ba ñöôøng (hình 2-10a), hai ñöôøng ngoaøi chia laøm (n) khoaûng goùc baèng nhau lieân Ñóa quay tieáp caùc thieát dieän môø vaø trong suoát. Coù ba caûm bieán quang hoïc, caùc nguoàn saùng töông öùng vaø moät boä ñieàu khieån. Hình 2.9 Caáu taïo Encoder Khi truïc boä maõ hoùa quay moät voøng tia saùng bò ngaét n laàn vaø göûi tín hieäu chöõ nhaät (A vaø B) vuoâng goùc nhau (hình 2-10b). Boä ñieàu khieån phaûi xaùc ñònh ñöôïc chieàu quay cuûa truïc. Noù löu daáu vò trí quay baèng caùch coäng hay tröø vò trí cuoái cuøng cuûa tín hieäu aùnh saùng thu ñöôïc. Daáu treân raõnh thöù hai leäch 90 0 (ñieän) so vôùi daáu treân raõnh thöù nhaát. Neáu truïc quay theo chieàu kim ñoàng hoà thì caûm bieán ngoaøi cuøng seõ ñöôïc chieáu saùng tröôùc. Neáu quay ngöôïc chieàu kim ñoàng hoà thì caûm bieán beân trong seõ ñöôïc chieáu saùng tröôùc. Caûm bieán thöù ba trong cuøng seõ ñöôïc söû duïng ñeå baét ñaàu quaù trình ñeám. - 21 - Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM Söï leäch pha (900 ñieän) cuûa tín hieäu A vaø B cho pheùp xaùc ñònh chieàu quay nhö sau : - Theo chieàu söôøn taêng cuûa tín hieäu A, tín hieäu B baèng khoâng (hình 2-10c). - Theo chieàu kia ôû söôøn taêng cuûa tín hieäu A, tín hieäu B baèng 1 (hình 2-10d). Ñöôøng trong (Z : ñaàu khoâng) chæ coù moät cöûa trong suoát vaø cung caáp moät tín hieäu moãi voøng. Tín hieäu Z goïi laø “ñaàu khoâng” keùo daøi 900 ñieän xaùc ñònh vò trí goác vaø cho pheùp khôûi ñoäng laïi moãi voøng (hình 2-10e). Vieäc ñeám xung baèng boä xöû lyù cho pheùp xaùc ñònh vò trí phaàn ñoäng. b) c) z d) a) Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Hình 2.10 Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa encoder taêng daàn e) Encoder tuyeät ñoái (hình 2-11), loaïi naøy khoâng caàn vò trí goác. Caùc Encoder tuyeät ñoái bao goàm nguoàn saùng, ñóa quay vôùi ít nhaát ba voøng caùc thieát dieän trong suoát, sensor quang hoïc cho moãi voøng laø moãi taám maïch. Caùc Encoder naøy coù theå phaùt hieän vò trí cuûa truïc beân trong moät voøng quay. Ñaàu ra cuûa Encoder laø soá nhò phaân ñaëc tröng cho vò trí cuûa ñóa treân truïc quay. Soá nhò phaân naøy coù theå coù nhieàu bít. Moãi ñóa duøng ñeå minh hoïa nguyeân lyù goàm coù boán vaønh. Caùc ñóa hay söû duïng trong coâng nghieäp coù 9 vaønh. Voøng trong cuøng chia laøm hai maûnh 180 0 . Khi sensor töông öùng vôùi vaønh naøy seõ coù tín hieäu”0” coù nghóa raèng truïc ñang ôû töø trong khoaûng töø 0 0 ñeán 180 0 . Vaønh hai tính töø trong ra chia laøm boán cung töông öùng 90 0 cho pheùp xaùc ñònh cuøng vôùi vaønh ñaàu tieân laø truïc ñang naèm ôû cung phaàn tö naèm treân ñöôøng troøn. Töông töï caùc vaønh caøng xa taâm coù ñoä phaân giaûi caøng cao. Taêng theâm moät vaønh ñoä phaân giaûi seõ taêng gaáp ñoâi. Söû duïng maõ nhò phaân coù theå ñöa ñeán keát quaû sai leäch ôû moät vò trí giao thôøi, ví duï, töø cung 15 ñeán cung 0 tín hieäu coù theå laø “0000” hoaëc “1111” ñeå traùnh sai leäch naøy ngöôøi ta söû duïng maõ Gray thay cho maõ nhò phaân. - 22 - Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM Khi thay ñoåi töø vò trí naøy ñeán vò trí tieáp theo chæ coù moät bít thay ñoåi giaù trò, nhö vaäy khoâng coù hieän töôïng nhaàm laãn vò trí. Maïch quang ñieän coù theå cho pheùp chuyeån ñoåi tín hieäu töø maõ Gray sang maõ nhò phaân. Ñeå phoøng traùnh aûnh höôûng cuûa söï maát ñieän thöôøng xuyeân, caùc Encoder tuyeät ñoái luoân chæ vò trí cuûa truïc khi coù ñieän, do vaäy khoâng caàn khôûi ñoäng boä ñeám veà vò trí “0” caùc Encoder tuyeät ñoái coù ñoä phaân giaûi cao raát ñaét vì yeâu caàu ñoä chính xaùc cao trong vieäc cheá taïo vaø do kích thöôùc cuûa ñóa laãn soá löôïng cuûa caùc sensor ñeå naâng cao ñoä phaân giaûi. Ñoä phaân giaûi cuûa Encoder phuï thuoäc vaøo soá löôïng caûm bieán quang. 1 Neáu soá löôïng caûm bieán quang laø n thì ñoä phaân giaûi ñaït ñöôïc laø . Nhö vaäy neáu coù 9 caûm 2n 1 bieán quang hoïc thì ñoä phaân giaûi ñaït ñöôïc seõ laø . Ñoä mòn cuûa vaïch khaéc bò giôùi haïn bôûi 29 khaû naêng cheá taïo cô khí, do ñoù muoán naâng cao ñoä phaân giaûi phaûi taêng ñöôøng kính ñóa khaéc vaïch. Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Hình 2.11 Encoder tuyeät ñoái 6- Caûm bieán giao thoa Laser Caûm bieán giao thoa laser goàm phaàn töû phaùt laser, phaàn töû caûm nhaän vaø göông. Nguoàn soùng phaùt ra xuyeân qua göông moät phaàn vaø chieáu vaøo ñoái töôïng. Soùng phaûn hoài töø ñoái töôïng seõ giao thoa vôùi soùng phaùt ra (hình 2-12 a). Neáu caùc ñænh soùng truøng nhau, thì soùng giao thoa seõ coù bieân ñoä gaáp ñoâi bieân ñoä ban ñaàu. Neáu soùng phaûn hoài leäch pha 1800 thì bieân ñoä soùng giao thoa seõ baèng khoâng. Vì theá tuøy theo ñoä leäch pha, bieân ñoä giao thoa laø daïng soùng hình sin (hình 2-12 b) coù theå thay ñoåi töø khoâng ñeán hai laàn bieân ñoä goác. - 23 - Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM Nhö vaäy coù theå xaùc ñònh ñöôïc khoaûng caùch töø maët phaûn xaï ñeán ñaàu thu phaùt vôùi ñoä sai leäch baèng moät phaàn böôùc soùng. Böôùc soùng giao thoa do phaûn xaï laser tính baèng nanomeùt  = 1nm = 10-3 m. Treân hình 2-12 laø moät loaïi caûm bieán laser, ñaàu phaùt laser phaùt soùng chieáu vaøo baûn moûng phaân taùch, moät phaàn soùng leäch tôùi göông phaûn xaï, moät phaàn xuyeân qua baûn moûng chieáu vaøo ñoái töôïng phaûn xaï. Soùng phaûn xaï veà seõ Göông phaûn xaï giao thoa vôùi soùng phaùt vaø phaûn xaï vaøo Baûn moûng boä phaän thu, ngoaøi ra coù moät phaàn soùng a) Boä phaän thu töø göông phaûn xaï cuõng taäp trung vaøo boä ñònh Ñoái töôïng phaän thu. Tuøy theo khoaûng caùch töø beà phaûn xaï maët ñoái töôïng tôùi caûm bieán maø ta nhaän ñöôïc ñieän aùp Ux baèng khoâng hay lôùn b) nhaát. Caûm bieán naøy duøng ño caùc kích Khoaûng caùch thöôùc chính xaùc tôùi m. Ngoaøi nguyeân lyù giao thoa, coøn Hình 2.12 Caûm bieán Laser coù nguyeân lyù di chuyeån, caûm bieán di chuyeån laser goàm phaàn töû phaùt quang vaø phaàn töû caûm nhaän. Laser baùn daãn ñöôïc tuï tieâu treân muïc tieâu nhôø caùc thaáu kính. Muïc tieâu phaûn chieáu tia laser vaø ñöôïc taäp trung treân boä caûm bieán veät saùng. Veät saùng seõ chuyeån ñoäng khi muïc tieâu chuyeån ñoäng, do ñoù coù theå phaùt hieän söï chuyeån ñoäng cuûa chi tieát baèng caùch theo doõi söï chuyeån ñoäng cuûa caùc veät saùng. Sau ñaây laø moät soá öùng duïng cuûa caûm bieán di chuyeån laser: Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM a) b) d) c) Hình 2.13 ÖÙng duïng cuûa caûm bieán laser - 24 - Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM Hình 2-12 a) duøng caûm bieán di chuyeån laser ñeå ño chieàu daøy thanh truyeàn . Hình 2-12 b) duøng caûm bieán di chuyeån laser ñeå phaùt hieän hoäp khoâng coù naép hoaëc coù hai naép. Hình 2-12 c) duøng caûm bieán di chuyeån laser ñeå ño ñöôøng kính truïc sau khi maøi. Hình 2-12 a) duøng caûm bieán di chuyeån laser ñeå ño chieàu saâu piston. 7- Caûm bieán ñieän caûm Caûm bieán ñieän caûm laø moät cuoän daây 2 quaán treân loõi theùp 1 coù khe hôû khoâng khí vôùi phaàn öùng 3 (hình 2-14). Thoâng soá cuûa noù thay ñoåi döôùi taùc ñoäng cuûa ñaïi löôïng vaøo XV . Khi ñaïi löôïng XV thay ñoåi, phaàn öùng 3 di chuyeån laøm khe hôû khoâng khí  thay ñoåi theo neân töø trôû cuûa loõi theùp vaø ñieän caûm cuûa caûm bieán thay ñoåi. Ñieän caûm L coù theå thay ñoåi do  thay ñoåi (hình 2-14a) hoaëc do tieát dieän khe hôû khoâng khí thay ñoåi (hình 2-14b). Neáu boû qua ñieän trôû cuûa cuoän daây vaø töø trôû cuûa loõi theùp ta coù : W2  s L 0  trong ñoù W – soá voøng daây  - khe hôû khoâng khí Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM 0 – töø trôû khoâng khí s – tieát dieän thöïc cuûa khe khoâng khí. Trong thöïc teá ngöôøi ta thöôøng duøng loaïi caûm bieán ñieän caûm maéc hai cuoän daây ñoái xöùng hay coøn goïi laø Hình 2.14 Caùc daïng cuûa caûm bieán ñieän caûm caûm bieán vi sai. Maïch ño cuûa caûm bieán thöôøng laø maïch caàu khoâng caân baèng vôùi nguoàn cung caáp xoay chieàu nhö sau : Ñieän trôû Rc vaø C duøng ñeå caân baèng thaønh phaàn aûo (goùc pha). R0 – caân baèng thaønh phaàn thöïc (bieân ñoä). R0 << R ; Nguoàn cung caáp cho maïch caàu caàn oån ñònh, neáu nguoàn sai soá 1% thì khi ño coù theå gaây ra sai soá 1%. Hình 2.15 Maïch ño caûm bieán ñieän caûm - 25 - Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM Caûm bieán ñieän caûm thöôøng duøng ño löôøng caùc dòch chuyeån cô khí, coù khi cuõng duøng ñeå ño kích thöôùc khi gia coâng caét goït vôùi ñoä chính xaùc trung bình. Ví duï sau ñaây laø moät loaïi caûm bieán ñieän caûm ñöôïc cheá taïo ñeå ño kích thöôùc ngoaøi cuûa chi tieát maùy: Hình 2-16 moâ taû caáu taïo caûm bieán ñieän caûm ñeå ño kích thöôùc x. Hai cuoän daây 2 ñaët ñoái xöùng qua naép saét töø 1, naép saét töø gaén cöùng vaøo truïc ñöùng, truïc naøy luoân ñöôïc ñaåy xuoáng nhôø loø xo. Hai cuoän daây maéc thaønh maïch caàu cuøng vôùi hai ñieän trôû R. Nguoàn ñöôïc oån ñònh ñieän aùp cung caáp cho caûm bieán, doøng ra ñöôïc chænh löu thaønh doøng moät chieàu vaø ño baèng mA. Doøng ra naøy coù theå khueách ñaïi vaø ñöa vaøo thieát bò xöû lyù. Neáu muoán ñöa vaøo maùy tính ñeå ño löôøng vaø ñieàu khieån thì phaûi chuyeån ñoåi thaønh tín hieäu daïng soá . Hình 2.16 Sô ñoà caûm bieán ñieän caûm 8- Caûm bieán khí neùn - ñieän tieáp xuùc Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Khí neùn ñaõ ñöôïc loïc saïch vaø oån aùp ñi qua hai tieát dieän caûn 1 vaø 2 ñeå vaøo hai nhaùnh. Nhaùnh phaûi coù ñaàu phun phaûn aùp 4 giöõ cho aùp suaát trong buoàng phaûi cuûa manoâmeùt maøng 3 khoâng ñoåi. Nhaùnh traùi coù ñaàu phun ño 5 bieán söï thay ñoåi kích thöôùc chi tieát thaønh söï thay ñoåi aùp suaát ôû buoàng traùi. Tieáp ñieåm di ñoäng gaén treân maøng vaø noái ñaát, hai tieáp ñieåm coá ñònh gaén treân caùc vis ñieàu chænh 7 vaø 8. Neáu kích thöôùc chi tieát lôùn hôn giaù trò cho pheùp, aùp suaát trong buoàng traùi seõ taêng leân ñaåy tieáp ñieåm di ñoäng chaïm vaøo tieáp ñieåm coá ñònh 7. Luùc ñoù ñieän aùp aâm seõ ñöôïc ñöa vaøo ñeøn ñieän töû 9, maïch beân phaûi ngöøng hoaït ñoäng, rôle nhaû vaø phaùt ra nhöõng tín hieäu caàn thieát. Khi kích thöôùc nhoû hôn giôùi haïn cho pheùp thì tieáp ñieåm di ñoäng seõ ñoùng qua tieáp ñieåm coá ñònh 8, luùc ñoù maïch taùc duïng ngöôïc laïi, beân traùi seõ ngöøng hoaït ñoäng, rôle traùi nhaû vaø tín hieäu caàn thieát ñöôïc phaùt ra. Hình 2.17 Sô ñoà caûm bieán khí neùn - 26 - Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM 2.1.3 Caûm bieán löïc vaø taûi troïng Ño löïc laø khaâu khoâng theå thieáu ñöôïc trong caùc heä thoáng caàn xaùc ñònh troïng löôïng hay löïc, ví duï nhö caùc heä thoáng caân töï ñoäng, caùc heä thoáng ñieàu khieån löïc treân maùy CNC hay roâboât. Thoâng thöôøng löïc hay troïng löôïng ñöôïc ño thoâng qua caùc phaàn töû bieán daïng nhö tenzomet (hieäu öùng Tenzo) hay phaàn töû aùp ñieän (piezoelectric). 1- Caûm bieán bieán daïng (hieäu öùng Tenzo) Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa chuyeån ñoåi Tenzoâ (ñieän trôû Tenzoâ) döïa vaøo hieäu öùng Tenzoâ, töùc laø söï thay ñoåi ñieän trôû cuûa daây daãn khi coù bieán daïng cô hoïc. Ñaëc tröng cho hieäu öùng Tenzoâ cuûa vaät lieäu laø heä soá nhaïy töông ñoái k, noù ñöôïc xaùc ñònh baèng tæ soá giöõa bieán ñoái ñieän trôû vaø bieán ñoåi chieàu daøi daây daãn.  k = R  l Trong ñoù: R = R/R : bieán ñoåi töông ñoái cuûa ñieän trôû daây. l = l/l : bieán ñoåi töông ñoái cuûa chieàu daøi daây. Ñoái vôùi vaät lieäu loûng, thöïc teá khoâng thay ñoåi theå tích trong quaù trình bieán daïng nhö thuûy ngaân, chaát ñieän phaân neân heä soá nhaïy Tenzoâ k = 2. Ñoái vôùi vaät lieäu raén, söï thay ñoåi chieàu daøi cuûa chuùng phuï thuoäc vaøo bieán thieân theå tích, hôn nöõa trò soá cuûa söï bieán thieân theå tích trong vuøng bieán daïng ñaøn hoài ñoái vôùi moãi loaïi vaät lieäu laø khoâng ñoåi vaø ñaëc tröng baèng heä soá Poat-xoâng . Heä soá nhaïy Tenzoâ luùc naøy Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM baèng:  k = R = 1 + 2  l Heä soá Poat-xoâng cuûa kim loaïi coù trò soá  = 0,240,4 do ñoù ñoä nhaïy k = 1,481,8. Tuy nhieân baèng thöïc nghieäm coù nhöõng vaät lieäu vöôït ra ngoaøi giôùi haïn ñoù. Toång quaùt hôn: k = (1 + 2)+m, ôû ñaây (1 + 2) ñaëc tröng cho söï thay ñoåi ñieän trôû, / coøn m= laø söï thay ñoåi ñieän trôû suaát cuûa vaät lieäu, coù quan heä vôùi thay ñoåi tính l / l chaát vaät lyù cuûa caùc vaät lieäu. Ñieän trôû Tenzoâ ñöôïc duøng döôùi 3 daïng: daïng daây, daïng laù moûng vaø daïng maøng. Hình 2.18 Ñieän trôû Tenzo : a) daïng daây; b) daïng löôùi maøng - 27 - Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM Loaïi ñieän trôû Tenzoâ duøng daây phoå bieán nhaát nhö hình 2-18a). Treân taám loùt baèng giaáy moûng hay maøng sôn ngöôøi ta daùn nhöõng daây maûnh coù ñöôøng kính 0,020,05mm theo hình raêng löôïc. Ñaàu caùc daây ñöoïc haøn noái vôùi daây daãn baèng ñoàng. Phía treân cuûa chuyeån ñoåi ñöôïc phuû sôn hoaëc daùn daï hay giaáy. Ñaïi löôïng chuû cuûa chuyeån ñoåi laø bieán daïng cuûa lôùp ngoaøi chi tieát maø treân ñoù coù daùn chuyeån ñoåi, coøn ñaïi löôïng ra laø söï thay ñoåi ñieän trôû cuûa chuyeån ñoåi, tæ leä vôùi bieán daïng ñoù. LOAD R R 1 2 a) R R 3 4 US+ US+ R R R3 R 3 2 2 UM+ UM- UM+ UM- Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM R1 R4 R1 R4 US- US- Loaded LC Unloadedb) LC c) Hình 2.19 Load Cell vaø maïch caàu chuyeån ñoåi Treân hình 2-19a chæ roõ caùch daùn caùc tenzo leân daàm vaø khi chöa coù taûi troïng thì doøng ra baèng khoâng hình 2-19b, khi coù taûi troïng doøng ra seõ khaùc khoâng hình 2-19c. Caùc caûm bieán ño löïc duøng bieán daïng nhö hình 2-19 ñöôïc goïi laø Load Cell, hieän nay treân thò tröôøng coù nhieàu daïng khaùc nhau ñeå söû duïng vaøo caùc muïc ñích nhö laøm caùc caân ñieän töû töï ñoäng. Hình 2.20 Caùc kieåu Load Cell - 28 - Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM ÖÙng duïng cuûa Load Cell ñöôïc theå hieän treân hình 2-21. Material Valves Process control Batching Printer hopper Load Cell P C C.J.B Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM PR 1713/00 a) Large Figure Card Reader Display PHIL IPS 4380 kg TR UCK ID 1730 Kg Traffic Barrier Load Cell Serial I/O Serial I/O b) PC Process control Printer PR 1713/00 Hình 2.21 ÖÙng duïng cuûa Load Cell - 29 - Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM 2- Caûm bieán aùp ñieän Caûm bieán aùp ñieän hay ñöôïc söû duïng ñeå ño caùc löïc thaønh phaàn. Döôùi taùc ñoäng cuûa löïc laøm xuaát hieän ñieän aùp treân hai maët ôû phöông vuoâng goùc vôùi löïc taùc duïng. Phaàn töû aùp ñieän (tinh theå thaïch anh hoaëc moät soá vaät lieäu coù caáu truùc ñôn tinh theå, ña tinh theå) coù theå laø daïng troøn hay daïng taám moûng (hình 2-22). Löïc ño coù theå laø löïc neùn hay löïc keùo. a) b) Hình 2.22 Caûm bieán aùp ñieän Hình 2-22a) laø caáu taïo cuûa moät caûm bieán aùp ñieän duøng tinh theå thaïch anh A, khi coù löïc taùc ñoäng F, ôû hai phieán thaïch anh xuaát hieän caùc ñieän tích traùi daáu, taïi ñieåm B laø ñaàu ra ñieän aùp döông, C laø ñaàu ra ñieän aùp aâm. Ngoaøi ra coù theå söû duïng moät baûn thaïch anh vaø hai baûn cöïc cuûa tuï ñieän nhö hình 2-22b), ñieän aùp giöõa hai baûn cöïc tæ leä vôùi löïc taùc ñoäng F. Caûm bieán aùp ñieän ñöôïc duøng ñeå ño löïc bieán thieân (ñeán 10.000 N), ño aùp suaát vaø gia toác. Öu ñieåm cuûa caûmBan bieán quyen naøy © Truonglaø caáu truùc DH Suñôn pham giaûn, Ky kích thuat thöôùc TP. nhoû, HCM ñoä tin caäy cao, coù khaû naêng ño caùc ñaïi löông bieán thieân nhanh. Nhöôïc ñieåm cuûa noù laø khoâng ño ñöôïc löïc tónh, khoù khaéc ñoä. 2.1.4 Caûm bieán nhieät ñoä (temperature sensors) Trong taát caû caùc ñaïi löôïng vaät lyù, nhieät ñoä ñöôïc quan taâm nhieàu nhaát vì nhieät ñoä ñoùng vai troø quyeát ñònh ñeán nhieàu tính chaát cuûa vaät chaát. Duïng cuï ño nhieät ñôn giaûn nhaát laø nhieät keá söû duïng hieän töôïng giaõn nôû nhieät, nhöng ñeå cheá taïo caùc boä caûm bieán nhieät ñoä ngöôøi ta söû duïng nhieàu nguyeân lyù khaùc nhau nhö caùc nhieät ñieän trôû; nhieät ngaãu; phöông phaùp quang döïa treân phaân boá phoå böùc xaï do dao ñoäng nhieät Nhieät ñoä laø ñaïi löôïng chæ coù theå ño giaùn tieáp treân cô sôû tính chaát cuûa vaät lieäu phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä. Tính chaát ñoù laø khi nhieät ñoä taùc duïng vaøo vaät lieäu thay ñoåi thì ñoä daãn ñieän cuûa vaät lieäu hay ñieän trôû cuûa chuùng thay ñoåi theo. Vì ñieän trôû cuûa vaät lieäu phuï thuoäc nhieàu vaøo nhieät ñoä, do vaäy ñöôïc duøng ñeå laøm caùc caûm bieán ño nhieät hoaëc di chuyeån. Coù ba loaïi caûm bieán söû duïng tính chaát naøy, ñoù laø: - Ñieän trôû kim loaïi : ñöôïc cheá taïo chuû yeáu baèng kim loaïi tinh khieát nhö: Platin, ñoàng, keõm, niken, vonfram - Nhieät ñieän trôû : ñöôïc cheá taïo töø hoãn hôïp oâxít baùn daãn ña tinh theå nhö: MgO, MgAl2O4, Mn2O3, Fe3O4, Co2O3, NiO, ZnTiO4. - 30 - Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM - Ño nhieät ñoä baèng diot vaø tranzito. 1- Caûm bieán ñieän trôû kim loaïi Quan heä giöõa ñieän trôû kim loaïi vaø nhieät ñoä khoâng phaûi laø tuyeán tính. Ñoái vôùi Platin quan heä giöõa ñieän trôû vaø nhieät ñoä t trong giôùi haïn töø 0  6600C ñöôïc bieåu dieãn baèng bieåu thöùc. 2 Rt = R0 ( 1+ At + Bt ) Trong ñoù: 0 R0 : ñieän trôû ôû 0 C Ñoái vôùi Platin tinh khieát thì : A= 3,940.10-3 (1/ñoä) ; B= -5,8.10 -7(1/ñoä) Trong khoaûng töø 0 ñeán -1900C, quan heä giöõa ñieän trôû Platin vaø nhieät ñoä coù daïng: 2 3 Rt = R0 [ 1 + At + Bt + C ( t - 100 ) ] Trong ñoù: C = -4.10-12 (1/ñoä) Ñieän trôû Platin thöôøng duøng ôû giôùi haïn (-200  + 6500C). Ñoái vôùi ñoàng, quan heä giöõa ñieän trôû vaø nhieät ñoä coù daïng baäc nhaát: Rt = Ro [ 1 + o ( t - to) ] Trong ñoù: Ro -ñieän trôû ôû nhieät ñoä thöôøng t0 o - heä soá nhieät ñoä ñoái vôùi khoaûng nhieät ñoä baét ñaàu t0 ( o thöôøng laø döông ) Ñieän trôû ñoàng thöôøng duøng ôû giôùi haïn (-50o  +180o C), ôû nhieät ñoä cao hôn ñoàng bò oxy hoùa. Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Hình 2.23 Caáu taïo cuûa caûm bieán ñieän trôû kim loaïi 2- Caûm bieán nhieät ñieän trôû Nhieät ñieän trôû ñöôïc cheá taïo töø hoãn hôïp oâxít baùn daãn ña tinh theå nhö: MgO, MgAl2O4, Mn2O3, Fe3O4, Co2O3, NiO, ZnTiO4., vaø ñöôïc nung ôû nhieät ñoä cao. Khi nung, oxyt lieân keát thaønh khoái chaéc, hình thaønh nhöõng lieân keát hoùa hoïc. Ñaëc tính quan troïng cuûa loaïi naøy laø coù ñoä nhaïy nhieät raát cao, gaáp haøng chuïc laàn ñoä nhaïy cuûa ñieän trôû kim loaïi. - 31 - Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM B T Trò soá ñieän trôû Rt cuûa baùn daãn ñöôïc ñaëc tröng baèng quan heä: RT = A.e Trong ñoù: A: haèng soá phuï thuoäc vaøo tính chaát vaät lyù cuûa baùn daãn vaø hình daïng cuûa nhieät ñieän trôû. B: haèng soá phuï thuoäc vaøo tính chaát vaät lyù cuûa baùn daãn. T: nhieät ñoä cuûa nhieät ñieän trôû, tính theo nhieät ñoä tuyeät ñoái. e: cô soá cuûa logarit töï nhieân. Heä soá nhieät ñoä cuûa nhieät ñieän trôû baùn daãn laø aâm, coù trò soá töø -2,5 ñeán -4%/ñoä, lôùn hôn heä soá nhieät ñoä cuûa kim loaïi töø 610 laàn vaø phuï thuoäc nhieàu vaøo nhieät ñoä: B = - T 2 Vì ñoä nhaïy nhieät cao neân nhieät ñieän trôû ñöôïc duøng ñeå phaùt hieän nhöõng bieán thieân raát nhoû cuûa nhieät ñoä (10-4 – 10-3 ñoä K). Hình 2.24 Hình daùng 3- Ño nhieät ñoä baèng ñiot vaø tranzito caûm bieán nhieät Linh kieän ñieän töû nhaïy caûm vôùi nhieät ñoä, do ñoù coù theå söû duïng moät soá linh kieän nhö ñiot hoaëc tranzito maéc theo kieåu ñiot (noái B vaø C) phaân Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM cöïc thuaän coù doøng ñieän khoâng ñoåi (hình 2-25). Khi ñoù ñieän aùp giöõa hai cöïc laø haøm cuûa nhieät ñoä. Ñoä nhaïy nhieät cuûa ñiot hoaëc tranzito maéc theo kieåu ñiot ñöôïc xaùc ñònh theo bieåu thöùc: dV S dT coù ñoä nhaïy khoaûng –2,5 mV/ 0C. Hình 2.25 Ño nhieät ñoä baèng ñiot vaø tranzito - 32 - Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM Ñeå taêng ñoä tuyeán tính vaø khaû naêng thay theá ta thöôøng maéc theo sô ñoà hình 2-25c duøng moät caëp tranzito maéc ñoái nhau vôùi hai doøng I1 vaø I2 khoâng ñoåi chaïy qua vaø ño ñieän aùp B-E, baèng caùch naøy ta loaïi tröø ñöôïc doøng ñieän ngöôïc. Trong tröôøng hôïp naøy ñoä nhaïy nhieät ñöôïc tính theo bieåu thöùc: d() V V S 1 2 dT Ñoä nhaïy nhieät cuûa caùc linh kieän naøy lôùn hôn nhieàu so vôùi caëp nhieät nhöng nhoû hôn so vôùi nhieät ñieän trôû. Daûi nhieät ñoä naèm trong khoaûng T = -500C  1500C, luùc naøy boä caûm bieán coù ñoä oån ñònh cao. ÖÙng duïng cuûa caûm bieán nhieät laø ñeå khoáng cheá töï ñoäng nhieät ñoä loø nung, loø saáy. Sau ñaây laø ví duï chuyeån ñoåi söï thay ñoåi ñieän trôû thaønh ñieän aùp ñeå oån ñònh nhieät ñoä trong loø. 1 2 Hình 2.26 Sô ñoà oån ñònh nhieät ñoä loø nung 4 Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM 3 Treân hình 2-26, coù moät loø nhieät ñöôïc cung caáp nhieät thoâng qua quaït thoåi hôi noùng vaøo loø, quaït naøy thay ñoåi toác ñoä nhôø DC-MOTOR. Caûm bieán nhieät Khi nhieät ñoä cao hôn nhieät ñoä ñieàu chænh, vaän toác quaït phaûi giaûm xuoáng. Khi nhieät ñoä thaáp hôn nhieät ñoä ñieàu chænh, vaän toác quaït phaûi taêng leân. Vieäc taêng Nhaäp nhieät giaûm vaän toác quaït nhôø heä ñoä chuaån thoáng caûm bieán 1, caàu ñieän 2, rô le 3 vaø bieán trôû 4. Ngoaøi ra coù theå oån ñònh nhieät ñoä chính xaùc nhôø heä thoáng vi xöû lyù (hình 2-27). Hình 2.27 Sô ñoà oån ñònh nhieät ñoä loø nung - 33 - baèng vi xöû lyù. Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM 2.1.5 Caûm bieán aùp suaát Nguyeân lyù laøm vieäc chung cuûa caùc caûm bieán aùp suaát laø döïa treân cô sôû bieán daïng ñaøn hoài cuûa caùc phaàn töû nhaïy vôùi aùp suaát . Söï bieán daïng ñaøn hoài ñoù seõ laøm di chuyeån moät boä phaän cô hoïc töø ñoù daãn ñeán söï thay ñoåi cuûa ñieän trôû, ñieän dung hay ñieän aùp. Tröôùc heát ta tìm hieåu caùc phaàn töû nhaïy caûm ñoù. 1- Caùc phaàn töû caûm nhaän aùp suaát Coù ba loaïi phaàn töû caûm bieán chính ñoù laø: loø xo oáng; oáng xiphoâng vaø maøng moûng. a) Loø xo oáng Loø xo oáng laø moät oáng kim loaïi ñöôïc uoán cong, moät ñaàu giöõ coá ñònh coøn moät ñaàu töï do. Loø xo oáng chuû yeáu duøng ñeå bieán ñoåi aùp suaát cuûa ñoái töôïng ño ñöôïc ñöa vaøo trong oáng thaønh söï dòch chuyeån cuûa ñaàu ño. Phoå bieán nhaát laø loaïi oáng cung troøn coù tieát dieän hình traùi xoan (hình 2-28a). Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM a) b) P c) Hình 2.28 Caùc phaàn töû caûm nhaän aùp suaát Döôùi taùc duïng cuûa aùp suaát dö trong oáng, loø xo seõ daõn ra, coøn aùp suaát thaáp thì oáng co laïi. Ñoái vôùi caùc oáng thaønh moûng söï thay ñoåi goùc ôû taâm cuûa loø xo oáng döôùi aùp suaát P ñöôïc bieåu dieãn baèng coâng thöùc: 1 2R 2b 2  P  . (1 ) E b. h a2 x 2 Ôû ñaây  : goùc ôû taâm cuûa oáng  : heä soá Poisson E : moâñun ñaøn hoài cuûa vaät lieäu laøm oáng R : baùn kính cong (truïc ôû taâm, ñaët ôû troïng taâm cuûa tieát dieän) h : beà daøy thaønh oáng, a vaø b laø baùn truïc lôùn vaø nhoû cuûa tieát dieän oâvan. ,  : heä soá thöïc nghieäm tuøy thuoäc vaøo hình daùng tieát dieän ngang cuûa oáng. - 34 - Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM x = R.h/a2 : tham soá chính cuûa oáng. Döïa vaøo coâng thöùc tính goùc ôû taâm coù theå suy ra ñoä dòch chuyeån cuûa ñaàu töï do cuûa oáng. b) Xiphoâng (hình 2-28b) Xiphoâng hay caùc voû hình truï xeáp neáp ñaët ngang hoaëc ñöùng coù theå thay ñoåi chieàu daøi döôùi taùc duïng cuûa aùp suaát hay löïc (hình 2-28b). Xiphoâng ñöôïc cheá taïo baèng ñoàng, theùp caùc bon, hôïp kim nhoâm vôùi chieàu daøy 0,1 ñeán 0,3mm vôùi ñöôøng kính töø 8mm tôùi 1000mmm. Söï dòch chuyeån cuûa ñaùy döôùi taùc duïng cuûa löïc chieàu truïc N xaùc ñònh theo coâng thöùc : 1  2 n  N. 2 2 E. h0 A0 A 1 A2 B 0 h/ Rb Ôû ñaây h0 : beà daøy thaønh oáng xiphoâng ; Rb : baùn kính oáng vaøo ( Dvaøo = 2Rb ) n : soá neáp xeáp laøm vieäc, : goùc bòt kín A0, A1, A2, B0 : caùc heä soá phuï thuoäc vaøo tæ soá Rng/Rtr vaø r/R + r (Rng baùn kính ngoaøi, Rtr : baùn kính trong cuûa xiphoâng, r : baùn kính cong cuûa caùc neáp uoán tính theo ñöôøng 2 ôû giöõa). N = P. (Rng + Rtr ) /5 ; ÔÛ ñaây P laø hieäu soá aùp suaát taùc duïng leân xiphoâng. c) Maøng ñaøn hoài vaø maøng chaát deûo (hình 2-28c) Maøng ñaøn hoài coù daïng phaúng troøn hay uoán neáp, coù khaû naêng chòu uoán döôùi taùc Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM duïïng cuûa aùp suaát. Maøng uoán neáp coù khaû naêng chòu aùp suaát lôùn hôn maøng phaúng, caùc maøng ñöôïc cheá taïo töø theùp. Giaù trò ñoä voõng taâm cuûa maøng phaúng ñöôïc giöõ chaët quanh voøng troøn khi coù söï thay ñoåi nhoû cuûa aùp suaát P taùc duïng leân maøng : 3(1  2 )PR 4  16.Eh3 Ôû ñaây R : baùn kính laøm vieäc cuûa maøng. Hình 2.29 Caûm bieán aùp suaát - 35 - Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM Maøng deûo duøng ñeå ño aùp suaát nhoû vaø hieäu soá aùp suaát. Chuùng laø caùc maët bích hay ñóa uoán xeáp cheá taïo töø vaûi cao su hay teâflon. 2- Chuyeån ñoåi aùp suaát - ñieän Ñeå chuyeån ñoåi söï dòch chuyeån cuûa caùc phaàn töû caûm nhaän aùp suaát thaønh caùc ñaïi löôïng ñieän, ngöôøi ta söû duïng roäng raõicaùc phaàn töû bieán ñoåi nhö : cuoän caûm, bieán aùp vi sai, ñieän dung, ñieän trôû tenxô vaø caùc daïng bieán ñoåi khaùc. Sau ñaây laø moät vaøi loaïi keå treân : a) Boä bieán ñoåi aùp suaát- ñieän kieåu caûm öùng (hình 2-29a) Treân hình 2-29a chæ ra sô ñoà boä caûm bieán kieåu caûm öùng. Maøng 1 laø taám theùp ñoäng cuûa nam chaâm ñieän 2 coù quaán cuoän daây 3. Döôùi taùc duïng cuûa aùp suaát ño, maøng 1 dòch chuyeån laøm thay ñoåi ñieän caûm cuûa cuoän daây. Neáu boû qua ñieän trôû trong cuûa daây vaø tính 2 gaàn ñuùng thì ñieän trôû caûm khaùng seõ laø : L = W . 0.S/ 2 Vôùi giaù trò bieán daïng cuûa maøng tæ leä vôùi aùp suaát ño :  = k1.p thì : L = W .0.S/ (k1.p) Chuyeån ñoåi ñoä töï caûm L thaønh doøng hay ñieän aùp ta duøng caàu ño xoay chieàu. Khi aùp suaát töø 0,5 – 1 Mpa, beà daøy maøng baèng 0,1 – 0,3 mm, coøn khi aùp suaát laø 20 – 30 Mpa, beà daøy maøng baèng 1,3 mm. b) Boä bieán ñoåi aùp suaát – ñieän kieåu bieán aùp vi sai (hình 2-29b) Boä bieán ñoåi aùp suaát kieåu bieán aùp vi sai (hình 2-29b) goàm moät caûm bieán bieán daïng 1 vaø phaàn töû bieán ñoåi 2 . PhaànBan quyen töû bieán © Truong ñoåi laø moätDH Sukhung pham caùch Ky thuatñieän, TP.treân HCM ñoù quaán cuoän daây sô caáp 7. Cuoän thöù caáp goàm hai cuoän daây 4 vaø 5 ñaáu ngöôïc chieàu nhau. Trong raõnh cuûa hai cuoän daây, ngöôøi ta ñaët loõi theùp ñoäng 6 noái vôùi loø xo soá 1 vaø ñaàu keùo caêng 3. Cöûa ra cuûa cuoän thöù caáp ñöôïc ñaáu vôùi bieán trôû R1 ta coù theå thay ñoåi giôùi haïn ño trong phaïm vi 25% . Ñoái vôùi phaàn töû bieán ñoåi chuaån coù ñieän trôû cöûa ra R1, R2 thì ñieän aùp ra cuûa boä caûm bieán ñöôïc tính theo coâng thöùc : 2 fI M U 1 max  ra  max Trong ñoù Mmax laø giaù trò hoã caûm lôùn nhaát cuûa cuoän daây sô caáp vaø thöù caáp töông öùng vôùi ñoä dòch chuyeån lôùn nhaát max cuûa loõi theùp; f laø taàn soá dao ñoäng cuûa cuoän daây. Hieän nay caùc boä caûm bieán loaïi naøy thöôøng coù tín hieäu ra töø –1V ñeán +1V, daáu – chæ söï thay ñoåi pha cuûa tín hieäu. c) Boä bieán ñoåi aùp suaát- ñieän kieåu ñieän dung (hình 2-29c) Sô ñoà caûm bieán kieåu ñieän dung chæ ra treân hình 2-29c . Maøng kim loaïi 1 nhaän aùp suaát ño laø moät baûn cöïc ñoäng cuûa tuï ñieän. Baûn cöïc coá ñònh 2 ñöôïc caùch ñieän vôùi voû baèng thaïch anh. Söï phuï thuoäc cuûa ñieän dung C vaøo ñoä dòch chuyeån  cuûa maøng 1 coù daïng : C = .S/( + 0) - 36 - Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM Ôû ñaây  - haèng soá ñieän moâi cuûa caùch ñieän ñieàn ñaày khe hôû giöõa caùc baûn cöïc. S- dieän tích baûn cöïc 0 – khoaûng caùch giöõa caùc baûn cöïc khi aùp suaát baèng khoâng Ñeå bieán ñoåi ñieän dung C thaønh tín hieäu ño löôøng, thöôøng ngöôøi ta duøng caàu xoay chieàu hay maïch voøng coäng höôûng L – C. Boä caûm bieán aùp suaát kieåu ñieän dung coù theå ño aùp suaát ñeán 120Mpa. Beà daøy cuûa maøng töø 0,005 – 1 mm. Noù duøng trong tröôøng hôïp aùp suaát thay ñoåi nhanh. Sai soá laø (0,2 – 5). 2.1.6 Caùc loaïi caûm bieán khaùc Trong kyõ thuaät ñieàu khieån coøn coù caùc loaïi caûm bieán ñöôïc duøng nhieàu laø caûm bieán maøu, caûm bieán sieâu aâm, heä thoáng ñoïc maõ vaïch 1- Caûm bieán maøu (Colour Sensor) Caûm bieán maøu döïa vaøo hai nguyeân taéc chính : nguyeân taéc quang ñieän töû logic môø vaø nguyeân taéc kính loïc maøu. Boä caûm bieán duøng nguyeân taéc logic môø ñöôïc thieát keá vôùi nguoàn saùng phoå roäng duøng moät chuøm ñioât phaùt quang LED. Nguoàn saùng LED ñöôïc cheá taïo vôùi ba maøu ñaïi dieän laø ñoû (Red), xanh laù caây (Green), xanh da trôøi (Blue), vieát taét laø RGB. Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Hình 2.30 Bieán ñoåi tín hieäu ra cuûa boä caûm bieán maøu thaønh soá Aùnh saùng tôùi ñích ñöôïc phaûn xaï veà vôùi cöôøng ñoä thay ñoåi phuï thuoäc vaøo maøu cuûa muïc tieâu caàn phaân tích. Boä thu seõ chuyeån ñoåi soùng aùnh saùng thaønh ñieän aùp vaø sau ñoù ñöôïc soá hoùa baèng boä A/D . Ñeå phaân bieät maøu theo nguyeân taéc logic môø ngöôøi ta söû duïng caùc thuaät toaùn caûm nhaän maøu sau ñaây : - 37 - Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM - Thuaät toaùn tuyeät ñoái : so maøu döïa treân cô sôû ñieän aùp tuyeät ñoái - Thuaät toaùn töông ñoái : so maøu döïa treân cô sôû phaàn traêm töông ñoái cuûa moãi thaønh phaàn ñieän aùp RGB. Aùnh saùng phaùt ra töø moãi LED ñöôïc truyeàn thaønh xungtuaàn töï ñeán ñích vaø naêng löôïng phaûn xaï ñöôïc chíp boä thu quang silicon thu nhaän trong chuøm LED. Maïch buø aùnh saùng moâi tröôøng lieân tuïc ñöôïc naïp laïi giöõa moãi xung LED do vaäy tín hieäu ghi laïi khoâng bò nhieãu moâi tröôøng. Söï phoái hôïp LED maøu xanh da trôøi vôùi ñoû vaø xanh laù caây xaùc ñònh maøu saéc. Treân hình 2-31 laø moät loaïi caûm bieán maøu kyõ thuaät soá cuûa haõng Festo, caûm bieán naøy ñöôïc öùng duïng trong caùc lónh vöïc sau ñaây : - Kyõ thuaät töï ñoäng : ñieàu khieån ñoái töôïng theo maøu saéc , kieåm tra lôùp phuû baûo veä treân caùc chi tieát maùy. - Hoùa hoïc : nhaän bieát tính chaát , ño theå tích caàn phaân tích , ñieàu khieån ñoä ñaäm ñaëc. - Ñieän töû hoïc : Phaùt hieän loãi cuûa caùc bo maïch, kieåm tra maøu Bancaùp. quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Hình 2.31 Caûm bieán maøu cuûa Festo - Saûn xuaát thuûy tinh : nhaän bieát ñoä trong, ñuïc cuûa saûn phaåm - Cheá bieán goã : nhaän bieát caùc loaïi goã. Hình 2.32 Sô ñoà caûm bieán sieâu aâm - Saûn xuaát ñoà goám : phaân bieät saûn phaåm theo maøu. - Saûn xuaát giaáy : nhaän bieát caùc maøu giaáy vaø nhaõn. - Coâng nghieäp döôïc : phaân bieät döôïc lieäu. - 38 - Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM - Coâng nghieäp deät : nhaän bieát maøu vaûi, ñieàu khieån quaù trình in maøu. - Coâng nghieäp ñoùng goùi : nhaän bieát vaø ñònh vò nhaõn. - v v. 2- Caûm bieán sieâu aâm (Ultrasonic Sensor) Caûm bieán sieâu aâm goàm hai boä phaän : phaùt sieâu aâm (ultrasonic emitter), thu sieâu aâm (ultrasonic receiver). Maùy phaùt sieâu aâm coù taàn soá naèm trong khoaûng 65 kHz vaø 400kHz tuøy theo chuûng loaïi sensors ; soùng phaûn hoài coù böôùc soùng trong khoaûng 14 Hz ñeán 140 Hz tuøy theo möùc ñoä phaûn xaï cuûa ñoái töôïng (hình 2-32). Boä thu soùng (ultrasonic receiver) seõ coù nhieäm vuï chuyeån ñoåi soùng cô thaønh tín hieäu ñieän vaø truyeàn ñeán boä khueách ñaïi. ÖÙng duïng cuûa caûm bieán sieâu aâm khaù ña daïng : kieåm tra möùc chaát loûng hoaëc chaát raén trong caùc boàn, kieåm tra veát nöùt caùc moái noái baèng haøn, kieåm tra caùc veát nöùt teá vi, theo doõi vaø phaùt hieän loãi trong quaù trình saûn xuaát vaûi vaø giaáy (ñaëc bieät laø nhöõng choã noái). Caûm bieán sieâu aâm coøn söû duïng trong nhieàu lónh vöïc khaùc nhö y hoïc, hoùa hoïc, cheá taïo thieát bò coâng nghieäp Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Hình 2-33 laø moät loaïi caûm bieán sieâu aâm ño möùc cuûa haõng Pepperl+Fuchs (Coäntg hoøa Lieân bang Ñöùc). Hình 2.33 Caûm bieán sieâu aâm ño möùc 3-Heä thoáng maõ vaïch Trong caùc heä thoáng saûn xuaát töï ñoäng, ngöôøi ta coù theå nhaän daïng caùc chi tieát ñoäng, cuõng nhö trong caùc heä thoáng phaân loaïi vaø kieåm ñònh haøng hoùa, ngaøy nay thöôøng söû duïng heä thoáng maõ vaïch (Bar Code). Coù nhieàu loaïi maõ vaïch khaùc nhau, moãi loaïi coù nhöõng öu ñieåm rieâng, nhöng phoå bieán nhaát laø maõ saûn phaåm thoâng duïng UPC (Universal Product Code) vaø OCR (Optical Character Recognition – Nhaän daïng kyù töï baèng quang hoïc). a) Caùc thaønh phaàn chính cuûa heä thoáng maõ vaïch: - Maõ vaïch ñöôïc in treân saûn phaåm. - Maùy queùt maõ vaïch hay buùt quang duøng ñeå chuyeån thoâng tin töø maõ vaïch sang tín hieäu aùnh saùng. - Boä giaûi maõ chuyeån tín hieäu aùnh saùng sang tín hieäu ñieän vaø bieân dòch thaønh maõ ASCII. - Boä giao dieän chuyeån maõ ASCII veà maùy tính PC ñeå xöû lyù tieáp. b) Maõ vaïch - 39 - Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM Maõ vaïch laø nhöõng vaïch ñaäm hoaëc maûnh ñöôïc duøng ñeå maõ hoùa soá hay chöõ caùi . Maõ vaïch thöôøng ñöôïc in tröïc tieáp hoaëc in rieâng vaø daùn leân saûn phaåm. Hai loaïi maõ vaïch thöôøng gaëp nhaát laø : - Vaïch ñen laø 1, vaïch traéng laø 0 (hình 2-34a). - Vaïch ñen hoaëc traéng roäng laø 1, Vaïch ñen hoaëc traéng heïp laø 0 (hình 2-34b). Taäp hôïp caùc vaïch ñen traéng ta seõ ñöôïc moät daõy soá : 100101001, daõy soá naøy raát deã chuyeån thaønh caùc ñaïi löôïng ñieän ñeå maùy tính nhaän bieát. c) Boä phaän queùt maõ vaïch Boä phaän queùt maõ vaïch thöôøng coù 3 loaïi : Maùy queùt maõ vaïch, buùt quang, camera nhaän daïng aûnh. Maùy queùt maõ vaïch phaùt ra moät nguoàn saùng baèng tia laser coâng suaát thaáp hoaëc tia hoàng ngoaïi. Tia saùng sau khi gaëp maõ vaïch ñöôïc phaûn xaï laïi moät caûm bieán quang. Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Caûm bieán naøy chuyeån tín hieäu quang mang thoâng tin Hình 2.34 Caùc loaïi maõ vaïch maõ vaïch thaønh tín hieäu ñieän töø ñoù chuyeån vaøo maùy tính ñeå kieåm tra vaø nhaän daïng. Camera queùt aûnh cuûa maõ vaïch vaø soá hoaù ñöa vaøo maùy tính ñeå so saùnh vôùi maõ vaïch ñaõ löu giöõ trong maùy. Keát quaû so saùnh ñoù cho bieát söï khaùc bieät hay gioáng nhau giöõa maõ vaïch treân saûn phaåm vaø maõ vaïch maãu löu trong maùy. Hình 2.35 Hình 2.36 Moãi quoác gia coù chuaån maõ rieâng. Treân hình 2-35 vaø hình 2-36 laø caùc kieåu maõ vaïch hieän ñang söû duïng trong heä thoáng maõ vaïch haøng hoùa Vieät nam. Khi caàn söû duïng maõ vaïch phaûi ñaêng kyù vôùi cô quan quaûn lyù maõ vaïch Vieät Nam. - 40 - Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM 2.2 Cô caáu chaáp haønh Cô caáu chaáp haønh coù theå hieåu laø moät boä phaän maùy moùc, thieát bò coù khaû naêng thöïc hieän moät coâng vieäc naøo ñoù döôùi taùc ñoäng cuûa tín hieäu ñieàu khieån phaùt ra töø thieát bò ñieàu khieån. Cô caáu chaáp haønh coù nhieàu loaïi khaùc nhau, döïa vaøo khaû naêng öùng duïng trong caùc maùy coâng cuï vaø moät soá maùy coâng nghieäp khaùc, chuùng ta tìm hieåu caùc loaïi sau ñaây : - Caùc loaïi ñoäng cô ñieän. - Caùc loaïi ly hôïp . - Caùc phaàn töû thuûy khí. 2.2.1 Caùc loaïi ñoäng cô ñieän Ñoäng cô ñieän laø thieát bò bieán ñoåi ñieän naêng thaønh chuyeån ñoäng troøn xoay. Töø chuyeån ñoäng troøn ñoù ta coù theå chuyeån thaønh caùc chuyeån ñoäng tònh tieán hay goùc nhôø caùc cô caáu cô khí. Ñeå tìm hieåu kyõ caùc loaïi ñoäng cô vaø ñieàu khieån chuùng, coù theå tham khaûo hai taøi lieäu sau : “Giaùo trình trang bò ñieän trong maùy coâng cuï” hoaëc “Giaùo trình maùy ñieän”. Trong caùc heä thoáng ñieàu khieån töï ñoäng, ñieàu khieån ñoäng cô nhaèm ñaït caùc yeâu caàu sau : - Ñaït ñoä chính xaùc veà soá voøng quay hoaëc goùc quay. - Ñoåi chieàu ñoäng cô vaø haõm ñoäng cô nhanh. - Thay ñoåi toác ñoäBan deã quyendaøng vaø© Truong chính xaùc.DH Su pham Ky thuat TP. HCM Sau ñaây ta tìm hieåu moät soá loaïi ñoäng cô thöôøng duøng trong caùc heä thoáng ñieàu khieån töï ñoäng caùc maùy coâng cuï vaø caùc thieát bò coâng nghieäp khaùc, ñoù laø: - Ñoäng cô moät chieàu - Ñoäng cô böôùc (Step Motor). - Ñoäng cô Servo (Servomotor). 1- Ñoäng cô moät chieàu DC (Direct Current) Ñaëc ñieåm chính cuûa ñoäng cô moät chieàu laø nguoàn ñieän caáp cho ñoäng cô laø nguoàn ñieän moät chieàu. Ñoäng cô moät chieàu goàm coù hai loaïi laø ñoäng cô töø tröôøng vónh cöûu vaø ñoäng cô töø tröôøng khuyeát moät chieàu kích töø. a) Ñoäng cô moät chieàu DC töø tröôøng vónh cöûu Ñoäng cô moät chieàu loaïi naøy coù nguoàn ñieän moät chieàu DC taùc ñoäng leân cuoän öùng qua coå goùp. Cöôøng ñoä töø tröôøng khoâng thay ñoåi. Toác ñoä ñoäng cô chæ coù theå ñieàu khieån thoâng qua ñieàu khieån doøng roâto. Chieàu chuyeån ñoäng coù theå ñaûo baèng caùch ñaûo chieàu doøng ñieän qua roâto. Coù hai loaïi ñoäng cô nam chaâm vónh cöûu ñaëc bieät laø ñoäng cô maïch in vaø ñoäng cô coù cuoän daây quay. Ñaây laø hai loaïi ñoäng cô maø roâto khoâng coù loõi theùp, nhaèm giaûm toái ña quaùn tính cuûa noù. Ñoäng cô maïch in coù caùc cuoän daây gioáng nhö caùc ñöôøng daãn cuûa maïch in. - 41 - Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM Ñoäng cô cuoän daây quay laø loaïi coù roâto caáu taïo bôûi caùc daây ñoàng deät thaønh cuoän vaø nhuùng vaøo epoxy ñeå giöõ nguyeân bieân daïng. Ñoäng cô naøy quay vôùi toác ñoä cao. Boä giaûm toác baùnh raêng ñi keøm laøm taêng moâmen keùo cuûa ñoäng cô . b) Ñoäng cô moät chieàu kích töø Ñoäng cô loaïi naøy coù stato laø moät nam chaâm ñieän (phaàn caûm) vaø roâto mang cuoän öùng. Coù ba loaïi ñoäng cô töø tröôøng khuyeát : ñoäng cô noái tieáp, ñoäng cô song song vaø ñoäng cô toå hôïp. Ñoäng cô DC noái tieáp. Ôû ñoäng cô naøy cuoän öùng vaø cuoän caûm ñöôïc noái tieáp vôùi nhau. Doøng qua cuoän caûm cuõng phaûi ñi qua coå goùp vaø cuoän öùng. Ñieàu khieån loaïi ñoäng cô raøy raát khoù vì giaûm doøng qua cuoän öùng ñeå giaûm toác ñoä thì laïi laøm giaûm doøng qua cuoän caûm, töùc laø giaûm cöôøng ñoä töø tröôøng vaø keát quaû toác ñoä laïi taêng. Chieàu chuyeån ñoäng cuûa ñoäng cô loaïi naøy khoâng thay ñoåi khi ñoåi chieàu doøng ñieän. Ñoäng cô DC song song. Ôû ñaây cuoän öùng vaø cuoän caûm maéc song song. Khi hai cuoän naøy ñaáu vôùi nguoàn rieâng reõ thì vieäc ñieàu khieån cöôøng ñoä töø tröôøng vaø doøng qua cuoän caûm coù theå ñoäc laäp vôùi nhau. Toác ñoä coù theå giaûm hay taêng so vôùi toác ñoä danh nghóa tuøy thuoäc vaøo daïng ñieàu khieån ñöôïc choïn. Chieàu cuûa ñoäng cô coù theå thay ñoåi neáu thay ñoåi chieàu nguoàn caáp cuûa moät trong hai cuoän daây. c) Ñieàu khieån toác ñoä cuûa ñoäng cô moät chieàu DC Ñeå ñieàu khieån ñoäng cô moät chieàu phaûi döïa vaøo phöông trình cô baûn cuûa ñoäng cô ñieän. Phöông trình vaän toác:Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM UIR () n a a a  trong ñoù: n- toác ñoä ñoäng cô (voøng/phuùt) U a - ñieän aùp qua roâto, (v) I a - doøng qua cuoän caûm, (A) Ra - ñieän trôû cuûa cuoän caûm, (  )  - cöôøng ñoä töø tröôøng (Wb) Nhö vaäy giaûm ñieän aùp leân cuoän caûm seõ laøm giaûm toác ñoä ñoäng cô. Taêng ñieän trôû cuûa cuoän caûm seõ laøm toác ñoä giaûm. Ngöôïc laïi giaûm cöôøng ñoä töø tröôøng seõ laøm taêng toác ñoä ñoäng cô. d) Döøng ñoäng cô ñieän moät chieàu DC Döøng ñoäng cô laø moät daïng ñieàu khieån toác ñoä. Ñeå döøng ñoäng cô phaûi taêng toác noù theo chieàu ngöôïc laïi vôùi chieàu chuyeån ñoäng. Coù hai phöông phaùp döøng ñoäng cô moät chieàu DC. Phöông phaùp thöôøng duøng ñoù laø phanh ñoäng löïc. Töø tröôøng cuûa ñoäng cô ñöôïc giöõ nguyeân. Nguoàn cung caáp cho roâto ñöôïc thay theá bôûi nhieät ñieän trôû. Toaøn boä ñoäng naêng vaø ñieän naêng ñöôïc tieâu thuï treân nhieät ñieän trôû. Phöông phaùp thöù hai laø ñaûo ngöôïc chieàu nguoàn caáp vaøo cuoän caûm. Phanh theo phöông phaùp naøy nhanh nhöng doøng qua cuoän caûm cao seõ gaây toån haïi cho cuoän caûm. Kieåu - 42 - Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM phanh naøy chæ duøng khi phanh khaån caáp. Ñoäng cô phaûi coù coâng taéc toác ñoä khoâng laép treân truïc ñoäng cô hay truïc mang taûi. Coâng taéc naøy laø moät coâng taéc quaùn tính ñeå ngaét ñieän aùp caáp cho cuoän caûm, khi ñoäng cô giaûm toác ñoä veà gaàn toác ñoä khoâng. Phanh ñieän khoâng theå döøng chính xaùc taïi vò trí caàn, do ñoù luùc naøy coù theå duøng phanh cô khí hay söû duïng heä servo vò trí. e) Ñaûo chieàu quay cuûa ñoäng cô moät chieàu kích töø ñoäc laäp Hình 2.37 Ñaûo chieàu quay ñoäng cô moät chieàu kích töø ñoäc laäp Ñeå ñaûo chieàu quay cuûa ñoäng cô moät chieàu kích töø ñoäc laäp ta coù hai caùch nhö hình 2.37 : Khi ñoùng caùc tieáp ñieåm T thì ñoäng cô quay thuaän, khi ñoùng caùc tieáp ñieåm N thì ñoäng cô quay theo chieàu ngöôïc laïi. (CKT : laø cuoän kích töø). 2-Ñoäng cô böôùc (Step Motor) Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM a) Hình daùng b) Caáu taïo Hình 2.38 Ñoäng cô böôùc Coù ba loaïi ñoäng cô böôùc khaùc nhau: loaïi ñoäng cô coù Roâto baèng nam chaâm vónh cöûu (hình 2.38), ñoäng cô coù roâto töø tröôøng cöôõng böùc vaø ñoäng cô toå hôïp. Caùc cöïc cuûa ñoäng cô böôùc ñöôïc ñaáu rieâng bieät vaø laàn löôït ñöôïc ñoùng vôùi nguoàn moät chieàu DC. Roâto ñöôïc dòch töøng böôùc töø cöïc naøy sang cöïc khaùc khi caùc cöïc cuûa ñoäng - 43 - Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM cô ñöôïc ñoùng ngaét theo moät chuoãi lieân tuïc. Toác ñoä cuûa ñoäng cô ñöôïc ñieàu khieån baèng toác ñoä ñoùng ngaét caùc chuoãi xung. Kyõ thuaät ñieàu khieån ñaõõ phaùt trieån cho pheùp ñoùng ngaét ñieän cho toå hôïp caùc cöïc vôùi caùc möùc naêng löôïng khaùc nhau, cho pheùp ñoäng cô böôùc coù theå ñaït tôùi böôùc dòch chuyeån laø moät goùc döôùi moät ñoä hay coøn goïi laø micro böôùc. Ñoäng cô böôùc thöôøng duøng trong ñieàu khieån vò trí maïch hôû, khoâng caàn ñeán caûm bieán vò trí. Ñoäng cô böôùc cuõng coù theå duøng trong ñieàu khieån maïch kín cuøng vôùi caûm bieán vò trí. Sau ñaây giôùi thieäu moät loaïi maïch ñieän töû ñieàu khieån ñoäng cô böôùc, maïch naøy duøng cho caùc sinh vieân coù kieán thöùc saâu veà ñieän töû tham khaûo khi caàn thieát keá maïch. Boä taïo xung Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Boä xöû lyù Boä ñaûo chieàu Ñoäng cô böôùc Hình 2.39 Sô ñoà nguyeân lyù maïch ñieàu khieån ñoäng cô böôùc - 44 - Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM Ñoäng cô böôùc coù öùng duïng trong caùc lónh vöïc caàn chuyeån ñoäng vaø döøng chính xaùc veà vò trí nhö: maùy coâng cuï, Robot, vaø caùc maùy coâng taùc khaùc 3- ServoMotor (DC) Ñoäng cô servo DC laø moät loaïi ñoäng cô duøng ñieän moät chieàu coù caáu taïo nhö hình 2.40, phía sau truïc ñoäng cô coù gaén Encoder (boä maõ hoùa quang ñeå ño goùc quay vaø soá voøng quay cuûa truïc ñoäng cô. Ñoäng cô naøy coù theå coù tæ soá moâmen keùo vaø quaùn tính cao, ñieàu naøy cho pheùp noù taêng toác ñoä nhanh. Ñeå ñieàu khieån servomoto ngöôøi ta duøng maïch ñieàu khieån kín coù sô ñoà nhö hình 2.41 Hình 2.40 Caáu taïo servomoto + Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Maïch ñieàu khieån Encoder Hình 2.41 Sô ñoà ñieàu khieån servomoto Ñoäng cô servo cho pheùp döøng chính xaùc, haõm nhanh, ñieàu khieån toác ñoä deã daøng nhöng caáu taïo ñôn giaûn hôn ñoäng cô böôùc, vì theá ñang daàn thay theá cho ñoäng cô böôùc trong maùy coâng cuï vaø Roâbot. - 45 - Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM 2.2.2 Caùc loaïi li hôïp Trong töï ñoäng coù luùc ta coù theå ñoùng ngaét chuyeån ñoäng baèng li hôïp, coøn ñoäng cô chính thì vaãn quay. Coù nhieàu loaïi li hôïp, ôû ñaây ta tìm hieåu moät soá li hôïp ñöôïc ñieàu khieån baèng ñieän hoaëc baèng thuûy löïc hay khí neùn. 1- Li hôïp ñóa ma saùt khí neùn (hình 2.42) Ñóa ma saùt Khí neùn Truïc chuû ñoäng Truïc bò ñoäng Piston Kyù hieäu Hình 2.42 Li hôïp ma saùt khí neùn Khi chöa coù khí neùn taùc ñoäng, caùc ñóa ma saùt khoâng eùp saùt vaøo nhau neân truïc chuû ñoäng quay nhöng truïc bòBan ñoäng quyen vaãn © Truongñöùng yeân. DH KhiSu pham khí neùn Ky thuattaùc ñoäng TP. HCMvaøo Piston laøm noù di chuyeån sang traùi eùp saùt caùc ñóa vaøo nhau, nhôø löïc ma saùt ñoù maø truïc bò ñoäng quay theo truïc chuû ñoäng. Trong quaù trình ñieàu khieån ta chæ vieäc ñoùng ngaét nguoàn khí neùn thì vieäc quay hoaëc döøng cuûa truïc bò ñoäng seõ ñöôïc thöïc hieän. 2- Li hôïp ñóa ma saùt thuûy löïc (hình 2.43) Ñóa ma saùt Daàu eùp Truïc chuû ñoäng Truïc bò ñoäng Choát Piston Hình 2.43 Li hôïp ma saùt thuûy löïc Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa li hôïp ñóa ma saùt thuûy löïc gioáng nhö li hôïp ñóa ma saùt khí neùn. - 46 - Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM 3- Li hôïp ñóa ma saùt ñieän töø (hình 2.44) Nguoàn ñieän vaøo Naép Choát Naép töø Truïc chuû ñoäng Truïc bò ñoäng Ñóa ma saùt Cuoän töø Kyù hieäu Hình 2.44 Li hôïp ñóa ma saùt ñieän töø Khi ñoùng ñieän vaøo cuoän töø, löïc ñieän töø seõ huùt naép töø qua traùi, thoâng qua boán choát löïc töø seõ taùc ñoäng vaøo naép laøm cho caùc ñóa ma saùt eùp chaët vôùi nhau, chuyeån ñoäng quay seõ ñöôïc truyeàn töø truïc chuû qua truïc bò ñoäng. Khi caét nguoàn ñieän vaøo cuoän töø thì truïc bò ñoäng seõ döøng laïi. Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM 4- Li hôïp ñieän töø boät oxyt (hình 2.45) Boät oâxyùt Cuoän töø Coå goùp laáy ñieän OÅ laên Truïc chuû ñoäng Truïc bò ñoäng Baùnh chuû ñoäng Vaønh bò ñoäng Hình 2.45 Li hôïp ñieän töø boät oâxyt Khi ñöa ñieän vaøo cuoän töø thoâng qua coå goùp, töø tröôøng seõ laøm cho heä thoáng : baùnh chuû ñoäng + lôùp boät oâxyùt saét + vaønh bò ñoäng taïo thaønh moät khoái vaø nhö vaäy truïc bò ñoäng nhaän ñöôïc chuyeån ñoäng quay töø truïc chuû. - 47 - Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM 2.2.3 Caùc phaàn töû thuûy-khí Trong kyõ thuaät ñieàu khieån töï ñoäng caùc heä thoáng coâng nghieäp, khí neùn vaø thuûy löïc ñöôïc öa duøng vì deã ñieàu khieån vaø thieát bò taïo khí neùn vaø daàu eùp thöôøng ñi keøm theo maùy coâng taùc 1- Caùc xylanh khí neùn Khí neùn ñöôïc söû duïng roäng raõi trong caùc ngaønh : cô khí caét goït, cheá bieán thöïc phaåm cheá bieán döôïc phaåm Sau ñaây giôùi thieäu moät soá xylanh thöôøng duøng ñeå taùc ñoäng vaøo ñoái töôïng vaø ñeå taïo löïc keïp chaët. a) c) b) d) Hình 2.46 a), b) xylanh 1 chieàu vaø kí hieäu; c),d) xylanh 2 chieàu vaø kí hieäu Loaïi xylanh moätBan chieàu quyen thöôøng © Truong duøng DH trong Su pham caùc boä Ky phaän thuat ñaåy TP. vaøHCM luøi nhanh veà hoaëc duøng trong keïp chaët khi gia coâng cô. Ñeå ñieàu khieån khí neùn vaøo xylanh ta coù theå duøng caùc loaïi van nhö van 3/2 . Xylanh hai chieàu coù hai ñöôøng khí neùn vaøo ra ñoåi chieàu nhau nhôø van 4/2 hoaëc 5/2. Xylanh naøy duøng trong caùc tröôøng hôïp phaûi ñieàu khieån caû ñi vaø veà. Hình 2.47 Xylanh taùc duïng hai phía vaø kyù hieäu Hình 2.47 laø xylanh taùc duïng hai phía, khi ñi sang phaûi taùc ñoäng veà phía phaûi, khi chuyeån ñoäng qua traùi taùc ñoäng vaøo beân traùi. Loaïi xylanh naøy tieát kieäm naêng löôïng, thöôøng ñöôïc duøng trong caùc heä thoáng ñoùng môû, ñaåy keùo . Hình 2.48 laø moät loaïi xylanh coù hai piston, khi khí neùn taùc ñoäng vaøo piston traùi thanh raêng seõ chuyeån ñoäng qua phaûi laøm cho baùnh raêng quay theo chieàu kim ñoàng hoà. Khi khí neùn taùc ñoäng vaøo xylanh phaûi thanh seõ chuyeån ñoäng qua traùi laøm cho baùnh raêng quay ngöôïc chieàu kim ñoàng hoà. - 48 - Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM Hình 2.48 Xylanh hai piston vaø kí hieäu Loaïi xylanh treân hình 2.48 thöôøng duøng trong heä thoáng caáp dao töï ñoäng cho maùy CNC, heä thoáng quay goùc cuûa Robot 2- Caùc van ñaûo chieàu Ñeå phaân phoái khí neùn cho xylanh phaûi söû duïng caùc van ñaûo chieàu, sau ñaây giôùi thieäu moät soá van thoâng duïng : -Van 3/2 : b) Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM c) a) d) Hình 2.49 Caáu taïo van 3/2 vaø kí hieäu e) Van 3/2 töùc laø van coù 3 cöûa (1,2,3) vaø 2 vò trí (phaûi vaø traùi). Hình 2.49 trình baøy nguyeân lí laøm vieäc cuûa van 3/2 : cöûa 1(P) noái nguoàn khí neùn, cöûa 2(A) noái vôùi xylanh, cöûa 3(R) noái vôùi ñuôøng ra (thöôøng xaû ra ngoaøi). Phía phaûi ñieàu khieån baèng loø xo, phía traùi (12) coù nhieàu caùch ñieàu khieån khaùc nhau : Hình 2.49b kyù hieäu ñieàu khieån baèng tay hoaëc cô khí; Hình 2.49b cô khí (taùc ñoäng ñi tôùi cuûa ñaàu piston chaúng haïn); Hình 2.49c,d kyù hieäu ñieàu khieån baèng tay vaø baèng ñieän (moät caùi thöôøng ñoùng vaø moät caùi thöôøng môû). Ta thaáy treân hình 2.49a, luùc naøy khí neùn töø nguoàn vaøo cöûa soá 1(P) vaø ñang bò chaën laïi, khoâng khí töø xylanh ñang theo cöûa 2(A) thoâng sang cöûa 3(R) ra ngoaøi. Khi taùc ñoäng baèng ñieän thöôøng coù kyù hieäu theâm chöõ Y, ví duï Y1, Y2, Y3, Y4. Van 3/2 thöôøng duøng ñeå ñieàu khieån piston moät chieàu. Ñeå bieát theâm chi tieát coù theå tìm hieåu ôû taøi lieäu “heä thoáng ñieàu khieån baèng khí neùn”. - 49 - Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM -Van 5/2 : b) a) c) Hình 2.50 Caáu taïo van 5/2 vaø kí hieäu Van 5/2 töùc laø van coù 5 cöûa (1,2,3,4,5) vaø 2 vò trí (phaûi vaø traùi), thöôøng duøng ñeå ñieàu khieån xylanh hai chieàu. Hình 2.50a trình baøy nguyeân lí laøm vieäc cuûa van 5/2 : cöûa 1(P) noái nguoàn khí neùn, cöûa 2(B) vaø 4(A) noái vôùi xylanh, cöûa 3(S) vaø 5(R) noái vôùi ñuôøng ra (thöôøng xaû ra ngoaøi). Treân hình veõ khí neùn ñang ñi vaøo cöûa 1(P) thoâng qua cöûa 2(B) vaøo moät pía cuûa xylanh hai chieàu, phía coøn laïi cuûa xylanh khoâng khí seõ theo cöûa 4(A) qua cöû 5(R) ra ngoaøi. Hình 2.50b laø kyù hieäu van 5/2 ñieàu khieån baèng cô khí, hình 2.50c kyù hieäu van 5/2 ñieàu khieån baèng ñieän vaø baèng tay. Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Hình 2.51 Van 5/2 ñieàu khieån baèng ñieän Hình 2.51 laø caáu taïo toång quaùt cuûa moät loaïi van 5/2 ñieàu khieån baèng ñieän caû hai phía, löïc taùc ñoäng vaøo piston trong van laø löïc khí neùn nhöng ñieàu khieån noù theá naøo laïi döïa vaøo nguoàn ñieän cung caáp cho hai cuoän daây. 3- Keát luaän Caùc phaàn töû chaáp haønh baèng khí neùn chuû yeáu laø caùc loaïi xylanh, ñoäng cô khí Ngoaøi ra ñeå ñieàu khieån heä thoáng khí neùn coøn caàn nhieàu thieát bò khaùc nhö caùc loaïi van tieát löu, van aùp suaát, role thôøi gian khí Caùc phaàn töû chaáp haønh baèng thuûy löïc cuõng töông töï khí neùn, ngöôøi ñoïc coù theå tìm hieåu kyõ hôn trong taøi lieäu “heä thoáng ñieàu khieån baèng thuûy löïc”. Thoâng soá cô baûn ñeå choïn löïa caùc loaïi xylanh chính laø löïc caàn taùc ñoäng, töø ñoù choïn ñöôïc aùp suaát p vaø Dxylanh. - 50 - Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM 2.3 Thieát bò ñieàu khieån Thieát bò ñieàu khieån trong heä thoáng töï ñoäng laøm nhieäm vuï thu thaäp caùc thoâng tin töø caûm bieán, töø chöông trình ñieàu khieån, töø caùc phaàn töû ñieàu khieån baèng tay sau ñoù xöû lyù thoâng tin ñoù theo moät thuaät toaùn ñònh tröôùc vaø ra leänh cho cô caáu chaáp haønh thao taùc ñuùng trình töï coâng ngheä. Maëc duø phöông tieän xöû lyù hieän nay ñaõ raát hieän ñaïi, nhöng caùc phöông tieän ñieàu khieån cô khí vaãn toàn taïi vaø phaùt trieån, veà maët lòch söû phöông tieän ñieàu khieån ñaõ phaùt trieån nhö sau: ñieàu khieån baèng cô khí, ñieàu khieån baèng ñieän, ñieàu khieån baèng ñieän – cô, ñieàu khieån baèng khí neùn vaø ñieän – khí neùn, ñieàu khieån baèng ñieän – ñieän töû 2.3.1 Ñieàu khieån baèng cô khí Baùnh raêng truïc cam Cam ñieàu khieån Truïc cam Truïc truyeàn ñoäng Truïc coâng taùc Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Li hôïp Hình 2.52 Ñieàu khieån baèng cam Thieát bò ñieàu khieån treân hình 2.52 duøng cam thuøng, nguyeân taéc laøm vieäc nhö sau : Truïc coâng taùc seõ döøng khi li hôïp dòch qua phaûi, vaø truïc coâng taùc chuyeån ñoäng khi li hôïp qua traùi. Vieäc di chuyeån qua traùi hay phaûi cuûa li hôïp nhôø cam ñieàu khieån, cam naøy quay moät voøng truïc coâng taùc seõ döøng moät laàn. Nhö vaäy vieäc ñieàu khieån truïc coâng taùc hoaøn toaøn töï ñoäng nhôø truïc cam nhaän chuyeån ñoäng töø truïc ñoäng cô. Loaïi ñieàu khieån naøy ñöôïc duøng thoâng duïng trong caùc maùy tieän töï ñoäng chuyeân duøng, maùy deät 2.3.2 Ñieàu khieån baèng khí neùn Ñieàu khieån baèng khí neùn raát thoâng duïng trong caùc lónh vöïc nhö cô khí, thöïc phaåm, döôïc phaåm Caùc phaàn töû trong heä thoáng ñieàu khieån baèng khí neùn ñaõ ñöôïc hoïc ôû moân “ñieàu khieån baèng thuûy khí”. ÔÛ ñaây trình baøy moät ví duï tham khaûo, töø ñoù ngöôøi ñoïc coù theå hieåu ñöôïc vieäc aùp duïng kyõ thuaät ñieàu khieån baèng khí neùn cuï theå. Hình 2.53 laø sô ñoà nguyeân lí laøm vieäc cuûa maùy khoan ñieàu khieån baèng hai xylanh. - 51 - Thu vien DH SPKT TP. HCM -