Complete

Đồ án môn học 2 GVHD: Ths Trần Văn Trinh
Trang 1
CHƯƠNG I
LÝ THUYẾT CÁC THÀNH PHẦN LIÊN QUAN
1/ Động cơ DC:
Động cơ DC là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều. Động cơ điện
một chiều ứng dụng rộng rãi trong các ứng dụng dân dụng cũng như công nghiệp.
Thông thường động cơ điện một chiều chỉ chạy ở một tốc độ duy nhất khi nối với
nguồn điện, tuy nhiên vẫn có thể điều khiển tốc độ và chiều quay của động cơ với sự
hỗ trợ của các mạch điện tử cùng phương pháp PWM.
Động cơ điện một chiều trong dân dụng thường là các dạng động cơ hoạt động
với điện áp thấp, dùng với những tải nhỏ. Trong công nghiệp, động cơ điện một chiều
được sử dụng ở những nơi yêu cầu moment mở máy lớn hoặc yêu cầu thay đổi tốc độ
trong phạm vi rộng. ở đây ta chỉ nghiên cứu động cơ DC trong dân dụng chỉ hoạt động
với điện áp 24V trở xuống .
Hình 1.1 Một số loại động cơ trên thực tế.
1.1 Cấu tạo:
Một động cơ DC có 6 phần cơ bản:
 Phần ứng hay Rotor (Armature).
 Nam châm tạo từ trường hay Stator (field magnet).
 Cổ góp (Commutat).
 Chổi than (Brushes).
 Trục motor (Axle).
 Bộ phận cung cấp dòng điện DC.

Trang 2
Stator bao gồm vỏ máy, cực từ chính, cực từ phụ, dây quấn phần cảm (dây quấn
kích thích). Số lượng cực từ chính ảnh hưởng tới tốc độ quay. Đối với động cơ công
suất nhỏ, người ta có thể kích từ bằng nam châm vĩnh cửu.
Hình 1.2: Cấu tạo động cơ điện một chiều.
Rotor ( còn gọi là phần ứng ) gồm các lá thép kỹ thuật điện ghép lại có rãnh để
đặt các phần tử của dây quấn phần ứng. Điện áp một chiều được đưa vào phần ứng qua
hệ thống chổi than – vành góp.
Chức năng của chổi than – vành góp là để đưa điện áp một chiều và đổi chiều
dòng điện trong cuộn dây phần ứng. Số lượng chổi than bằng số lượng cực từ (một nửa
có cực từ âm, một nửa có cực từ dương).
Phương trình cơ bản của động cơ 1 chiều:
E = K Φ. W (1)
V = E + Ru.Iu (2)
M = K Φ Iu (3)
Với:
 E: sức điện động cảm ứng (V).
 Φ: Từ thông trên mỗi cực( Wb).
 Iu: dòng điện phần ứng (A).
 V : Điện áp phần ứng (V).
 Ru: Điện trở phần ứng (Ohm).
 W : tốc độ động cơ (rad/s).
 M : moment động cơ (Nm).

Trang 3
 K: hằng số, phụ thuộc cấu trúc động cơ.
1.2 Nguyên lý hoạt động:
Khi có một dòng điện chảy qua cuộn dây quấn xung quanh một lõi sắt, cạnh
phía bên cực dương sẽ bị tác động bởi một lực hướng lên, trong khi cạnh đối diện lại bị
tác động bằng một lực hướng xuống theo nguyên lý bàn tay trái của Fleming. Các lực
này gây tác động quay lên cuộn dây, và làm cho rotor quay. Để làm cho rotor quay liên
tục và đúng chiều, một bộ cổ góp điện sẽ làm chuyển mạch dòng điện sau mỗi vị trí
ứng với 1/2 chu kỳ. Chỉ có vấn đề là khi mặt của cuộn dây song song với các đường
sức từ trường. Nghĩa là lực quay của động cơ bằng 0 khi cuộn dây lệch 90o so với
phương ban đầu của nó, khi đó rotor sẽ quay theo quán tính. Tương tác giữa dòng điện
phần ứng và từ thông kích thích tạo thành momen điện từ. Do đó phần ứng sẽ được
quay quanh trục.
Hình 1.3: Nguyên lý hoạt động của động cơ DC.
1.3 Điều khiển tốc độ động cơ DC:
Thông thường, tốc độ quay của một động cơ điện một chiều tỷ lệ với điện áp đặt
vào nó, và ngẫu lực quay tỷ lệ với dòng điện. Có nhiều phương pháp để thay đổi tốc độ
động cơ DC, ở đây ta sử dụng phương pháp điều khiển thông dụng nhất là kiểu điều
biến độ rộng xung (PWM), có nghĩa là ta cấp áp cho động cơ dưới dạng xung với tần
số không đổi mà chỉ thay đổi Ton và Toff.
Từ (1),(2). (3) suy ra:
W = V/(K.Φ) – Ru.Iu/(K.Φ) (4)

Trang 4
Theo (4) : khi Iu không đổi (tức Moment không đổi) và Φ không đổi thì W thay
đổi "tuyến tính" theo V (thực tế thì không hoàn toàn tuyến tính theo đường thẳng
được).
Hình 1.4: Điều khiển động cơ bằng PWM.
Khi tỷ lệ thời gian "on" trên thời gian "off" thay đổi sẽ làm thay đổi điện áp
trung bình (VAV). Tỷ lệ phần trăm thời gian "on" trong một chu kỳ chuyển mạch nhân
với điện áp cấp nguồn sẽ cho điện áp trung bình đặt vào động cơ. Như vậy với điện áp
nguồn cung cấp là 100V, và tỷ lệ thời gian ON là 25% thì điện áp trung bình là 25V.
VAV thay đổi từ VL đến VH tùy theo các độ rộng Ton và Toff
Như vậy, tốc độ động cơ sẽ thay đổi "tuyến tính" theo % độ rộng xung.
2. Băng tải:
2.1. Cách lắp đặt vận hành băng chuyền tải:
- Đặt hệ thống băng tải vào đúng vị trí cần lắp đặt.
- Dùng thước thủy để căn theo chiều ngang dây tải.
- Siết chặt các buloong nền và buloong chân.
- Điều chỉnh sơ bộ các bass căng dây ở vị trí căng dây tương đối.
- Khởi động động cơ băng tải chạy thử.
- Điều chỉnh cho dây băng tải cân chính giữa.
- Siết ốc kỹ, tỳ ren điều chỉnh lại đúng vị trí.
- Cho hệ thống chạy trong 1 giờ rồi kiểm tra, nếu thấy dây bị sàng thì điều
chỉnh lại.

Trang 5
2.2. Nguyên tắc kiểm tra băng tải tốt xấu:
- Băng tải đen bóng, cứng mềm không quan trọng.
- Cắt một băng vải nhỏ dài chừng 5cm, kéo dãn đến khi đứt, băng càng tốt
kéo dãn càng nhiều.
- Ngửi băng tải thấy có mùi thơm, nếu băng tải có mùi thơm khó chịu thì bỏ
ngay.
- Lấy mũi nhọn đâm thử, băng tải mà kém thì thủng ngay một lỗ, loại tốt thì
khó thủng và có đàn hồi.
- Băng tốt thì bề mặt ít lồi lõm và không bị vá, sữa chữa.
- Đừng tin vào những chữ in trên mặt băng tải.
2.3. Các loại băng tải:
2.3.1. Băng tải bố NN
 Cấu tạo
Hình 1: Băng tải bố NN
 Băng tải bố NN gồm nhiều sợi dọc /ngang đểu là Nylon, có các thành
phần gồm: cao su mặt trên + lớp bố + cao su mặt dưới. Lớp bố của băng tải loại này
duy trì sức căng cũng như tạo độ bền cho kết cấu băng tải, chịu lực nén và kéo tải, chịu
nhiệt 1000C tới 6000C.
 Đặc điểm
 Cường lực chịu tải lớn: chịu lực gấp 5 lần sợi Cotton.
 Chịu lực va đập lớn: sợi Nylon là loại sợi tổng hợp chịu sự va đập rất tốt
nên các tác động ngoại lực hầu như không ảnh hưởng đến chất lượng bố.
 Chịu axit, chịu nước và một số loại hóa chất khác.
 Chống được lão hóa do gấp khúc, uốn lượn nhiều trong sử dụng.

Trang 6
 Tăng cường sự bám dính giữa sợi và cao su, đồng thời giảm thiểu việc
tách tầng giữa các lớp bố.
 Rất bền nếu phải hoạt động trong môi trường nhiệt độ thấp.
 Độ dai cực lớn,nhẹ và làm tăng lên sức kéo của motor dẫn đến giảm tiêu
thụ điện.
 Ứng dụng
 Băng tải NN có đặc tính mềm dẻo, dai và hiện được coi là loại bố chịu
lực phổ thông và có nhiều ưu điểm vượt trội.
 Thường dùng để tải than, sỏi, đá (các cỡ), cát, quặng sắt, xi măng, than,
gỗ… Không dùng để tải các vật liệu chịu nhiệt trên 6000C hoặc các bề mặt có chất dầu.
 Băng tải bố NN chiếm từ 60-70% trên thị trường hiện nay do tính kinh tế
và nhẹ của nó.

Trang 7
2.3.2. Băng tải con lăng
Hình 2: Băng tải con lăng
 Băng tải có thể nâng lên hạ xuống để làm đổi hướng vận chuyển.
 Dùng để vận chuyển các sản phẩm đã đóng thùng, có trọng lượng lớn.
2.3.3. Băng tải cáp thép
 Cấu tạo
 Băng tải lõi thép gồm nhiều lõi cáp thép được sắp xếp theo chiều dọc ở
những khoảng cách từ 10 đến 15mm, lớp cáp thép này là phần chịu lực tải chính giữ
cho băng tải luôn chạy đúng hướng bao quanh nó là lớp phủ cao su mặt trên và mặt
dưới.
 Lớp cáp thép sẽ được liên kết với nhau bằng một phương pháp đặt biệt,
sự liên kết này giúp cho băng tải không có bất kỳ sự cố nào xảy ra trong suốt quá trình
sử dụng, cao su mặt và cao su bao phủ cáp thép được chế tạo theo những tính chất
riêng.
 Ký hiệu thông thường các loại băng tải cáp thép: ST-500,ST-630,ST-800
và cao nhất tới ST-7000, độ dày có thể lên tới 50mm. Băng tải cáp thép thường rất

Trang 8
nặng như loại ST-1000, khổ 1 mét có thể lên tới 25Kg/m. Vì vậy thường chỉ dài
150m/cuộn.
 Đặc điểm
 Băng tải cáp thép chủ yếu sử dụng tại các hệ thống truyền tải có chiều
dài lớn trên 300m, do có thể chịu được cường lực rất cao.
Hình 3: Băng tải cáp thép
 Các sợi cáp thép được bố trí song song đều nhau theo chiều dọc băng tải
và rải đều trên toàn mặt băng tải.
 Băng tải cáp thép có tỷ lệ dãn dư cực thấp dưới 1% kể cả trong điều kiện
toàn tải.
 Băng tải cáp thép có độ bền tuyệt hảo nhất trong các loại băng tải.
 Toàn bộ cáp thép trước khi lưu hóa phải được xử lý tráng ngoài tạo bám
dính với lớp cao su bao quanh và đây là yếu tố quang trọng nhất khi chọn băng tải. Lớp
cao su mặt được chế tạo đặc biệt để chống lại các lực xé rách từ mọi hướng.
 Có những băng tải thép có tuổi thọ tới 15- 20 năm trong điều kiện vận
hành liên tục hiệu quả kinh tế là rất lớn.

Trang 9
2.3.4. Băng tải bố EP
 Cấu tạo và đặc điểm
 EP ký hiệu là băng tải có vải bố chịu lực bằng sợi tổng hợp
Polyester làm sợi dọc và sợi Nylon làm sợi ngang.
 Độ dãn băng tải rất nhỏ làm cho hành trình khởi động ngắn hơn do
vậy tiết kiệm điện hơn. Băng chuyền khởi động êm, đặc biệt là đối với băng
chuyền có độ dài lớn.
 Chịu ẩm tốt hơn các loại bố khác, vì sợi Polyester có đặc điểm
chịu ẩm, nước rất tốt do đó tuổi thọ băng kéo dài hơn đặc biệt khi gặp ẩm
cao, chịu nhiệt rất tốt khi dưới 1500C , chịu hóa chất cực tốt.
 Ưu điểm
 Độ dãn rất thấp nhỏ hơn 4%, vì vậy bề mặt cao su không bị rạng nứt
tránh được hiện tượng thẩm thấu - tác nhân gây lão hóa tới các lớp bố .
2.4. Tỷ lệ truyền của băng tải
Ta có:
2
1
1
2


N
N
Với :
N1 : là số vòng quay của buli băng tải.
N2: là số vòng quay của động cơ.
θ1: là đường kính của buli băng tải.
θ2: là đường kính của buli động cơ.

Trang 10
3. Encoder:
Encoder mục đích dùng để xác định vị trí góc của một đĩa quay, để đo tốc độ và
chiều quay của thiết bị, đĩa quay có thể là bánh xe, trục động cơ, hoặc bất kỳ thiết bị
quay nào cần xác định vị trí góc. Dựa trên nguyên tắc cảm biến ánh sáng với một đĩa
có khắc vạch sáng tối quay giữa nguồn sáng và phototransistor (đối với encoder quang)
hoặc là hiện tượng cảm ứng điện từ (đối với encoder từ). Ở đây ta chỉ đề cập tới
encoder quang. Encoder được chia làm 2 loại, là encoder tuyệt đối và encoder gia tăng.
Ở đây ta chỉ nghiên cứu về loại gia tăng.
Hình 1.5: Một số loại encoder trên thị trường.
3.1 Cấu tạo chính của Encoder:
Gồm 1 bộ phát ánh sáng (thường là LED), một bộ thu ánh sáng nhạy với ánh
sáng từ bộ phát ( thường là photodiotde hoặc phototransistor), 1 đĩa quang được khoét
lỗ gắn trên trục quay đặt giữa bộ phát và thu, thông thường trục quay này sẽ được gắn
với trục quay của đối tượng cần đo tốc độ hay vị trí.
Hình 1.6: Cấu tạo thực tế của encoder.

Trang 11
Hình 1.7: Cấu trúc đĩa và mắt đọc.
Một encoder thường có các dây sau:
 Dây cấp nguồn (+5V) cho encoder.
 Dây nối đất (GND).
 Dây pha A – tín hiệu ra theo độ phân giải (1 vòng/N xung (N từ vài chục
lên đến vài nghìn xung tuỳ theo độ phân giải)).
 Dây pha B – tín hiệu ra theo độ phân giải (1 vòng/N xung (N từ vài chục
lên đến vài nghìn xung tuỳ theo độ phân giải)), pha B chậm pha hơn pha
A 90o. Thường tuỳ theo trạng thái pha nhanh hay chậm của 2 pha này ta
xác định chiều quay của đối tượng, để từ đấy bộ đếm đếm tiến hoặc đếm
lùi.
Hình 1.8: Dạng sóng ngõ ra của LED thu.
Ngoài ra một số encoder còn có dây pha z, ta thu được một xung từ pha z khi
đĩa encoder quay 1 vòng.
3600
A
B
Z

Trang 12
Hình 1.9: Cấu tạo đĩa quay trong encoder
3.2 Nguyên lý cơ bản:
Encoder thực chất là một đĩa tròn xoay, quay quanh trục. Trên đĩa có các lỗ
(rãnh). Dùng một đèn led để chiếu lên mặt đĩa. Khi đĩa quay, chỗ không có lỗ (rãnh),
đèn led không chiếu xuyên qua được, chỗ có lỗ (rãnh), đèn led sẽ chiếu xuyên qua. Khi
đó, phía mặt bên kia của đĩa, đặt một con mắt thu. Với các tín hiệu có, hoặc không có
ánh sáng chiếu qua, ta ghi nhận được đèn led có chiếu qua lỗ hay không. Cứ mỗi lần đi
qua một lỗ, chúng ta phải lập trình để thiết bị đo đếm lên 1. Số lỗ trên đĩa sẽ quyết định
độ chính xác của thiết bị đo. Ví dụ có 1 lỗ tức là khi quay được 1 vòng thì bộ thu sẽ thu
được 1 xung, nếu đĩa khoét N lỗ có nghĩa 1 vòng thu được N xung. Như vậy khi đo tốc
độ, ta đếm số xung trong 1 đơn vị thời gian, từ đó tính được số vòng trên 1 đơn vị thời
gian (hoặc có thể đo chu kì xung). Nếu đo tốc độ cao thì số lỗ khoét càng nhiều càng
chính xác.
Hình 1.10: Quá trình đọc Encoder.
4. Các phần tử khí nén:
4.1. Máy nén khí:
Máy nén khí là thiết bị tạo ra áp suất khí, ở đó năng lượng cơ học của động
cơ điện hoặc động cơ đốt trong được chuyển đổi thành năng lượng khí nén và nhiệt
năng.

Trang 13
Phân làm 2 loại :
 Phân loại theo áp suất.
 Máy nén khí áp suất thấp p <= 15 bar
 Máy nén khí áp suất cao p>= 15 bar
 Máy nén khí áp suất rất cao p>= 300 bar
 Phân loại theo nguyên lý hoạt động.
 Máy nén khí theo nguyên lý trao đổi thể tích: Máy nén khí kiểu
pittong, máy nén khí kiểu cách gạt, máy nén khí kiểu root, máy nén khí kiểu trục vít.
 Máy nén khí tuabin: Máy nén khi ly tâm và máy nén khí theo chiều
trục.
4.2. Bình trích chứa khí nén:
Khí nén sau khi ra khỏi máy nén khí và được xử lý thì cần phải có một bộ
phận lưu trữ để sử dụng. Bình trích chứa khí nén có nhiệm vụ cân bằng áp suất khí nén
từ máy nén khí chuyển đến trích chứa, ngưng tụ và tách nước.
Kích thước bình trích chứa phụ thuộc vào công suất của máy nén khí và
công suất tiêu thụ của các thiết bị sử dụng, ngoài ra kích thước này còn phụ thuộc vào
phương pháp sử dụng: ví dụ sử dụng liên tục hay gián đoạn.
4.3. Mạng đường ống dẫn khí nén:
Mạng đường ống dẫn khí nén là thiết bị truyền dẫn khí nén từ máy nén khí
đến bình trích chứa rồi đến các phần tử trong hệ thống điều khiển và cơ cấu chấp hành.
Mạng đường ống dẫn khí nén có thể phân thành 2 loại:
* Mạng đường ống được lắp ráp cố định (mạng đường ống trong nhà
máy).
* Mạng đường ống được lắp ráp di động (mạng đường ống trong dây
chuyền hoặc trong máy móc thiết bị).
4.4. Van đảo chiều:
Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dòng năng lượng bằng cách đóng mở
hay thay đổi vị trí các cửa van để thay đổi hướng của dòng khí nén.

Trang 14
Hình 1.26: Trạng thái khi OFF và ON của van đảo chiều.
* Ký hiệu của van đảo chiều
Vị trí của nòng van được ký hiệu bằng các ô vuông liền nhau với các chữ cái
o,a ,b ,c ,… hay các chữ số 0, 1, 2, …
Vị trí ‘không’ là vị trí mà khi van chưa có tác động của tín hiệu bên ngoài
vào. Đối với van có 3 vị trí, thì vị trí ở giữa, ký hiệu ‘o’ là vị trí ‘không’. Đối với van
có 2 vị trí thì vị trí ‘không’ có thể là ‘a’ hoặc ‘b’, thông thường vị trí bên phải ‘b’ là vị
trí ‘không’.
Ký hiệu Port của van ISO 5599 ISO 1219
Port cấp nguồn (từ bộ lọc khí) 1 P
Port điều khiển (làm việc) 2, 4, 6… A, B, C..
Port xả 3, 5, 7… R, S, T…
Port nối tín hiệu điều khiển 12, 14… X, Y…
a o b ba
a b
Hình 1.27: Kí hiệu cửa xả khí

Trang 15
Trường hợp a là cửa xả khí không có mối nối cho ống dẫn, còn cửa xả khí
có mối nối cho ống dẫn khí là trường hợp b.
Bên trong ô vuông của mỗi vị trí là các đường mũi tên biểu diễn hướng
chuyển động của dòng khí nén qua van. Khi dòng bị chặn thì được biểu diễn bằng dấu
gạch ngang.
Hình 1.28: Ký hiệu và tên gọi của van đảo chiều
Hình trên là ký hiệu của van đảo chiều 5/2
Trong đó:5 : chỉ số cửa.
2 : chỉ số vị trí.
Cách gọi tên và ký hiệu của một số van đảo chiều:
TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU
Van đảo chiều 2/2
10
Cửa xả khí không có mối nối cho ống dẫn
2(A)4(B)
5(S)
1(P)
3(R)
Nối với nguồn khí nén
Cửa xả khí có mối
nối cho ống dẫn
14(Z
)
Cửa nối điều khiển 12(Y
)
Cửa nối điều khiển
Cửa 1nối với cửa 2Cửa 1nối với cửa 4

Trang 16
* Tín hiệu tác động:
Tín hiệu tác động vào van đảo chiều có 4 loại là: tác động bằng tay, tác động
bằng cơ học, tác động bằng khí nén và tác động bằng nam châm điện.
Tín hiệu tác động từ 2 phía ( đối với van đảo chiều không có vị trí ‘không’)
hay chỉ từ 1 phía (đối với van đảo chiều có vị trí ‘không’).
Tác động bằng tay.
Kí hiệu nút nhấn tổng quát
Nút bấm
Tay gạt
Bàn đạp

Trang 17
Tác bằng khí nén.
Trực tiếp bằng dòng khí nén vào
Trực tiếp bằng dòng khí nén ra
Trực tiếp bằng đường khí nén vào với 2
đầu nòng van có đường kính khác nhau
Gián tiếp bằng dòng khí nén ra có van
phụ trợ
Tác động bằng cơ
Đầu dò
Cừ chặn bằng con lăn tác động 2 chiều
Cừ chặn bằng con lăn tác động 1 chiều
Lò xo
Nút nhấn có rãnh định vị

Trang 18
Tác động nam châm điện.
Trực tiếp
Bằng nam châm điện và van phụ trợ
Tác động theo hướng dân cụ thể
Van đảo chiều có vị trí ‘không’ là loại van tác động bằng cơ – lò xo và ký
hiệu lò xo nằm ngay vị trí bên cạnh ô vuông phía bên phải của ký hiệu van. Tác động
lên phía đối diện nòng van là tín hiệu tác động bằng cơ, khí nén hay bằng điện. Khi
chưa có tín hiệu tác động, vị trí của các cửa nối được biểu diễn trong ô vuông phía bên
phải đối với van đảo chiều 2 vị trí. Còn đối với van đảo chiều 3 vị trí thì vị trí ‘không’
nằm ở giữa.
Ví dụ : Van đảo chiều 2/2 tác động bằng nam châm điện:
Van có 2 cửa P và R, 2 vị trí 0 và 1. Tại vị trí 0, cửa P và R bị chặn. Khi
cuộn Y có điện, từ vị trí 0 van chuyển sang vị trí 1, cửa P nối với cửa R. Khi cuộn Y
mất điện, do tác động của lò xo phía đối diện, van sẽ quay trở về vị trí ban đầu.
R1 0
P
Y

Trang 19
4.5. Van tiết lưu
Van tiết lưu có nhiệm vụ thay đổi lưu lượng dòng khí nén, có nghĩa là thay
đổi tốc độ của cơ cấu chấp hành.
Van tiết lưu có tiết diện không đổi:
Khe hở của van có tiết diện không thay
đổi do đó lưu lượng dòng khí chảy qua
cũng không thay đổi.
Van tiết lưu có tiết diện thay đồi:
Lưu lượng dòng khí nén chảy qua van
thay đổi nhờ một vít điều chỉnh làm
thay đổi tiết diện khe hở.
Ký hiệu chung:
Có mối nối ren:
Không có mối nối ren:
Van tiết lưu điều chỉnh bằng tay:
Dòng khí nén chỉ có thể đi theo chiều
từ A qua B mà không thể đi theo chiều
ngược lại.
Van tiết lưu 1 chiều điều chỉnh bẵng cữ
chặn:
Dòng khí nén chỉ có thể đi 1 chiều từ A
qua B. Tuỳ vào vị trí của cữ chặn mà
tiết diện khe hở của van thay đổi làm
cho lưu lượng dòng chảy thay đổi.
A B
 A B
A



B

Trang 20
4.6. Cơ cấu chấp hành.
4.6.1. Nhiệm vụ
Cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ biến đổi năng lượng khí nén thành năng
lượng cơ học. Cơ cấu chấp hành có thể chuyển động thẳng (xilanh) hoặc chuyển
động quay (động cơ khí nén).
4.6.2. Xi lanh.
Xilanh tác dụng đơn
- Áp lực khí nén chỉ tác động vào một phía của xilanh, phía còn lại do
ngoại lực hay lò xo tác động.
- Một số loại xilanh tác động 1 chiều:
a b
Hình 24. Chiều tác động ngược lại do ngoại lực (a) và do lo xo (b)
Xilanh tác động 2 chiều (xilanh tác động kép).
- Khí nén được đưa vào 2 phía của xilanh, do yêu cầu điều khiển mà
xilanh đi vào hay đi ra sẽ tuỳ thuộc vào việc đưa khí nén vào phía nào của
xilanh.

Trang 21
Xilanh quay
- Hình biểu diễn tượng trưng của xilanh quay. Hai ngõ vào điều khiển
để điều khiển pittong có răng di chuyển qua lại. Khi cần pittong di chuyển sẽ
ăn khớp với 1 bánh răng làm bánh răng quay. Trục bánh răng sẽ được gắn với
cơ cấu chuyển động.
Ưu nhược điểm của khí nén:
Ưu điểm:
 Không gây ô nhiễm môi trường.
 Có khả năng truyền tải năng lượng đi xa do độ nhớt động học của khí
nén nhỏ, tổn thất trên dọc đường thấp.
 Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn được đảm bảo.
Nhược điểm:
 Khi tải trọng thay đổi, vận tốc truyền cũng thay đổi.
 Dòng khí nén thoát ra gây tiếng ồn lớn.
 Bình khí nén có kích thước lớn, cồng kềnh.

5. Động cơ bước:
Động cơ bước có thể xem là thiết bị điện cơ dùng biến đổi các xung điện áp
thành các chuyển động cơ học liên tục.
5.1. Các đặc tính cơ bản
- Trục của động cơ quay theo từng bước liên tục khi có các xung điệu
điều khiển được cung cấp theo một chuổi tuần tự thích hợp. Trạng thái quay của
trục động cơ quan hệ trực tiếp với chuổi xung cung cấp.
- Tốc độ của trục quay phụ thuộc trực tiếp giá trị tần số của các xung
nhập điều khiển và bề dài của chuyển động quay phụ thuộc số xung điều khiển

Trang 22
5.2. Ưu điểm của động cơ bước
- Góc quay của động cơ tỉ lệ thuận với số xung điều khiển.
- Động cơ đạt được momen toàn phần (full torque) tại lúc đứng yên (khi
dây quấn động cơ còn được cung cấp năng lượng).
- Chuyển động có khả năng lập lại các trạng thái một cách ổn định tin
cậy, điều khiển vị trí chính xác. Với những động cơ bước có cấp chính xác cao
có sai số từ 3% đến 5% trong mỗi bước và sai số này không gia tăng ở bước
điều khiển kế tiếp.
- Các đáp ứng khởi động, dừng và đảo chiều tối hảo.
- Có độ tin cậy cao vì động cơ không sử dụng chổi than ; như vậy tuổi
thọ của Góc quay của động cơ tỉ lệ thuận với số xung điều khiển.
-Động cơ đạt được momen toàn phần (full torque) tại lúc đứng yên (khi
dây quấn động cơ còn được cung cấp năng lượng).
- Chuyển động có khả năng lập lại các trạng thái một cách ổn định tin
cậy, điều khiển vị trí chính xác. Với những động cơ bước có cấp chính
xác cao có sai số từ 3% đến 5% trong mỗi bước và sai số này không gia
tăng ở bước điều khiển kế tiếp.
- Các đáp ứng khởi động, dừng và đảo chiều tối hảo.
- Có độ tin cậy cao vì động cơ không sử dụng chổi than ; như vậy tuổi
thọ của động cơ chỉ phụ thuộc vào tuổi thọ của phần truyền động cơ khí : bạc
đạn. . .
- Các động cơ bước đáp ứng với các tín hiệu xung điều khiển cung cấp từ
bộ điều khiển vòng hở, do đó đễ dàng điều khiển động cơ và giá thành
điều khiển thấp.
- Động cơ có khả năng quay với tốc độ đồng bộ có giá trị rất thấp khi
mang tải trực tiếp trên trục.
- Động cơ có thể đạt được một phạm vi rộng giá trị tốc độ quay tỉ lệ với
giá trị tần số của xung điều khiển động cơ chỉ phụ thuộc vào tuổi thọ của phần
truyền động cơ khí : bạc đạn. . .

Trang 23
- Các động cơ bước đáp ứng với các tín hiệu xung điều khiển cung cấp từ
bộ điều khiển vòng hở, do đó đễ dàng điều khiển động cơ và giá thành điều
khiển thấp.
- Động cơ có khả năng quay với tốc độ đồng bộ có giá trị rất thấp khi
mang tải trực tiếp trên trục.
- Động cơ có thể đạt được một phạm vi rộng giá trị tốc độ quay tỉ lệ với
giá trị tần số của xung điều khiển.
5.3. Nhược điểm của động cơ bước
- Có thể xãy ra trạng thái cộng hưởng nếu không được điều khiển thích
hợp.
- Không điều khiển dễ dàng để động cơ hoạt động tại các giá trị tốc độ
rất cao.
5.4. Phân loại động cơ bước
Theo các tài liệu kỹ-thuật hiện nay, chúng ta có 3 loại động cơ bước.
- Động cơ bước với rotor là nam châm vĩnh cửu (PM stepper motor –
Permanent Magnet Stepper Motor )
- Động cơ bước từ dẫn thay đổi (VR stepper motor – Variable
Reluctance Stepper Motor).
- Động cơ buớc đa hợp (Hybrid Stepper motor)

Trang 24
5.5. Cấu tạo chung của đông cơ bước
- Gồm một thanh nam châm vĩnh cửu; đường sức từ trường (từ phổ) do
thanh nam châm tạo ra tạo thành hệ thống đường sức kín có hướng đi ra từ cực
bắc và đi vào ở cực nam.
- Tính chất lưởng cực của thanh nam châm vỉnh cửu có thể được cảm
ứng trong từ trường tạo bởi dòng điện khi đi qua cuộn dây quấn. Cực tính của
từ trường tạo bởi dòng điện (khi đi qua dây quấn) phụ thuộc vào hướng dòng
điện đi vào dây quấn. Tính chất của cục từ thay đổi khi đổi hướng dòng điện qua
cuộn dây dẫn.
- Khi bố trí thanh nam châm vỉnh cửu có thể quay tự do như phần ứng của
máy điện; phần ứng này được đặt trong từ trường tạo bởi phần dây quấn phần cảm
stator
Hình trên cho ta thấy lực tương tác tạo thành momen quay kéo phần ứng về vị trí cân
bằng (tại vị trí trục từ trường của phần cảm và trục từ trường phần ứng thẳng hàng)
Momen quay được tính theo công thức sau :
M = 2R.Fn

Trang 25
Có thể xem động cơ bước hoạt động tương tự như động cơ đồng bộ, với từ
trường quay tạo bởi hệ thống xung điện áp cấp tuần tự vào các dây quấn trên các cặp
cực từ bố trí liên tiếp lân cận trên stator.
5.6. Nguyên tắc hoạt động
- Đa số các động cơ bước là động cơ một pha, hai pha hoặc nhiều pha.
Khác với động cơ đồng bộ thông thường là roto của nó không có cuộn dây khởi
động (lồng sóc mở máy ) mà nó được khởi động bằng phương pháp tần số .
Roto của động cơ có thể được kích thích hoặc không được kích thích
Sơ đồ động cơ bước m pha
Xung điện áp cấp cho cuộn dây stator
a. Xung một cực ; b. Xung hai cực

Trang 26
Khi cung cấp bởi xung một cực, điện áp sẽ biến đổi từ 0 đến +U, còn khi
cung cấp bởi xung hai cực điện áp sẽ biến đổi từ +U đến –U.
Chuyển mạch điện tử có thể cung cấp điện áp điều khiển cho các cuộn
dây stator theo từng cuộn riêng lẻ hay theo từng nhóm các cuộn dây. Trị số và
chiều của sức từ động tổng F của động cơ và do đó vị trí của rotor trong không
gian hoàn toàn phụ thuộc vào phương pháp cung cấp điện cho các cuộn dây. Ví
dụ : nếu các cuộn dây của động cơ trên hình cung cấp cho từng cuộn dây riêng
lẻ theo trình tự 1,2,3 . . . m bởi các xung một cực thì rotor động cơ sẽ có m vị trí
ổn định trùng với trục của các cuộn dây (hình (a))
Trong thực tế để tăng cường sức từ động tổng của stator do đó làm tăng
từ thông và momen đồng bộ , người ta thường cung cấp đồng thời cho hai hoặc
nhiều cuộn dây. Lúc đó rotor của động cơ bước sẽ có vị trí cân bằng trùng với
vectơ sức từ động tổng F .
Trên hình (b) sức từ động F khi cung cấp đồng thời cho một số chẵn cuộn
dây (trường hợp này hai hay nhiều cuộn dây được cung cấp điện một cách đồng
thời )
Trên hình (c) sức từ động tổng F khi cung cấp đồng thời cho ba cuộn dây
(một số lẻ cuộn dây). Trong cả hai trường hợp (cung cấp cho một số chẵn cuộn
dây và cung cấp cho một số lẻ cuộn dây ), rotor động cơ bước sẽ có m vị trí cân
bằng.
Góc xê dịch giữa hai vị trí liên tiếp của rotor được tính :
- Nếu cung cấp theo thứ tự một số chẵn cuộn dây, rồi một số chẳn cuộn
dây,
Ví dụ : 1&2 – 2 – 2&3 – 3 . . . – m thì số vị trí cân bằng của rotor sẽ tăng gấp
đôi là 2m .
- Nếu số lượng cuộn dây được điều khiển luôn luôn không đổi (một số
chẵn cuộn dây hay một số lẻ cuộn dây) được gọi là đối xứng.

Trang 27
- Nếu số lượng cuộn dây luôn luôn thay đổi (ví dụ : điều khiển theo trình
tự chẵn – lẽ – chẵn … ) được gọi là không đối xứng .
Số bước trong khoảng từ 0 đến 360o là :
K = m . n1 . n2 . p
Trong đó : p : là số đôi cực của rotor .
m : làsố cuộn dây điều khiển trê stator .
n1: là hệ số ( n1 = 1 ứng với điều khiển đối xứng ,
n1 = 2 ứng với điều khiển không đối xứng)
n2 : là hệ số ( n2 = 1 ứng với điều khiển bằng xung một
cực)
n2 = 2 ứng với điều khiển bằng xung hai cực)
Với bước quay của rotor trong không gian thì :
α = 360o
6.Cảm Biến:
6.1. Các khái niệm về cảm biến:
Trong các hệ thống đo lường và điều khiển, mọi quá trình điều khiển đặc
trưng bởi các biến trạng thái. Các biến trạng thái này thường là các đại lượng
không điện như: nhiệt độ , áp suất, lưu lượng, tốc độ…..
Để thực hiện quá trình đo lường và điều khiển cần phải thu thập thông
tin, đo đạc, theo dõi sự biến thiên của các trạng thái của quá trình thực hiện chức
năng trên là các thiết bị cảm biến. Để hiểu rõ về cảm biến ta cần nắm được một
số khái niệm và định nghĩa sau :
6.1.1.Phần tử nhạy:
Là khâu đầu tiên của thiết bị đo chịu trực tiếp của đại lượng đo. Phần tử
nhạy không có đặc tính riêng. Sai số được hạn chế bởi sai số của thiết bị mà nó
tham gia.
6.1.2.Chuyển đổi đo lường:
Là một khâu cùa thiết bị đo, tín hiệu vào là hàm số của tín hiệu ra.

Trang 28
Cơ sở vật lý của chuyển đổi đo lường là biến đổi và truyền đạt năng
lượng ( biến đổi từ dạng năng lượng này sang dạng năng lượng khác).
6.2. Cảm biến đo lường:
Là phương tiện ( thiết bị) đo thực hiện biến đổi ở đầu vào thành tín hiệu ra
thuận lợi cho việc biến đổi tiếp theo hoặc truyền đạt, gia công bằng thiết bị tính
hoặc lưu trữ số liệu (nhưng không quan sát được)
Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ trong các lĩnh vực nghiên cứu khoa
học và ứng dụng kỹ thuật đo lường, điều khiển, số lượng và chủng loại các cảm
biến tăng nhanh và đa dạng .Với mục dích nghiên cứu và ứng dụng có thể phâm
loại cảm biến theo các phương pháp sau:
6.2.1. Phân loại cảm biến theo đại lượng vào và ra
 Cảm biến điện _ điện : trong đó các đại lượng vào và ra là các thông số
điện.
 Cảm biến không điện _ điện: là cảm biến thực hiện chức năng biến đổi
các đại lượng không điện là áp suất, nhiệt độ , lưu lượng ,…. Thành các hông
số như điện trở, điện cảm, điện dung, điện áp, dòng điện, sức điện động ….
 Cảm biến khí nén _ điện : được ứng dụng nhiều trong các nhà máy Hóa
chất, các hệ thống đo và điều khiển cần chống cháy nổ.
6.2.2. Phân loại theo tính chất vật lý
 Cảm biến điện trở.
 Cảm biến điện từ.
 Cảm biến tĩnh điện.
 Cảm biến nhiệt điện.
 Cảm biến điện tử_ion.
 Cảm biến hóa điện.
 Cảm biến y sinh.
6.2.3. Phân loại theo tính chất nguồn điện
 Cảm biến phát điện (Active).
 Cảm biến thụ động (Passive).

Trang 29
6.2.3. Phân loại theo phương pháp đo
 Cảm biến biến đổi trực tiếp.
 Cảm biến kiểu bù
6.3. Cảm biến quang
6.3.1. Khái niệm cơ bản về ánh sáng
 Tính chất của ánh sáng:
 Các cảm biến quang được sử dụng để chuyển thông tin từ ánh sáng nhìn
thấy hoặc tia hồng ngoại (IR) và tia tử ngoại (UV) thành tín hiệu điện .
 Ánh sáng có hai tính chất cơ bản là sóng và hạt. Dạng sóng của ánh sáng
là sóng điện từ phát ra khi có sự chuyển điện giữa các mức năng lượng của
nguyên tử của nguồn sáng. Ánh sáng lan truyền trong chân không với tốc độ v
= 299792 km/s. Trong vật chất ánh sáng có vận tốc v=c/n, (n là chiết suất của
môi trường).
 Tính chất hạt của thể hiện qua sự tương tác của nó với vật chất. Trong
vật chất, các điện tử liên kết trong nguyên tử để trở thành điện tử tự do.
 Nói chung, loại điện tích được giải phóng do chiếu sáng phụ thuộc vào
bản chất vật liệu chiếu sáng.Khi chiếu sáng vào chất điện môi và bán dẫn tinh
thiết, các điện tích được giải phóng là cặp điện tử _ lỗ trống. Với bán dẫn pha
tạp khi bị chiếu sáng nó sẽ giải phóng điện tử và lỗ trống tùy thộc vào chất pha
tạp.
 Hiện tượng giải phóng các hạt dẫn dưới tác dụng của ánh sáng do hiệu
ứng quang điện sẽ gây nên sự thay đổi tính chất điện của vật liệu. Đó là nguyên
lý cơ bản của các cảm biến quang.
 Các đơn vị đo quang:
 Các đơn vị đo năng lượng:
 Năng lượng bức xạ Q: Là năng lượng phát xạ , lan truyền hoặc hấp
thu dưới dạng bức xạ được đo bằng Jun (J).
 Quang thông : là công suất hấp thụ lan truyền hoặc hấp thụ, đo
bằng oát ( W) là đại lượng đặc trưng cho nguồn sáng :

Trang 30
 Cường độ sáng I : là nguồn năng lượng phát ra theo một hướng cho
trước dưới một đơn vị góc khối, có đơn vị là oát/steradian:
 Độ chói năng lượng (L) : là tỷ số giữa cường độ ánh sáng phát ra
bởi một phần tử bề mặt dA theo một hướng xác dịnh và diện tích hình chiếu
vuông góc với phần tử bề mặt dAn; có đơn vị là oát/steradian.m2
 Độ rọi năng lượng (E): là tỷ số giữa luồng năng lượng thu được bởi
một phần tử bề mặt và diện tích của bề mặt đó. Độ rọi năng lượng được đo bằng
oat/m2.
 Đơn vi đo thị giác:
 Mắt người cảm nhận ánh sáng có phổ từ 0,38um đến 0.76um với
độ nhạy tương đối phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng.
 Độ nhạy của mắt cực đại ở bước song = 0.555um và giảm về hai
phía , như Hình 9:
Hình 9: Đường cong độ nhạy tương đối của mắt người.

Trang 31
 Nguồn sáng:
 Nguồn sáng quyết định mọi đặc tính của bức xạ . Việc sử dụng các
chuyển đổi quang chỉ có hiệu quả khi nó phù hợp với bức xạ ánh sáng ( phổ,
quang thông , tần số).
 Nguồn sáng bao gồm:
 Đèn sợi đốt:
Đèn sợi đốt là một sợi wonfram đặt trong bóng thủy tinh
hoặc thạch anh chứa khí trơ hoặc halogen để giảm bay hơi của sợi đốt.
Ưu điểm của đèn sợi đốt là dải phổ rộng nhưng hệ suất phát
quang thấp, quán tính nhiệt lớn, tuổi thọ và dộ bền cơ học thấp.
 Diot phát quang:
Diot phát quang LED là nguồn sáng bán dẫn trong đó năng
lượng giải phóng do tái hợp tái hợp điện tử_lỗ trống gần phần chuyển
tiếp N_P làm phát sinh ra các photo. Đặc điểm của đèn LED là thời gian
hồi đáp nhỏ cỡ ns. Có khả năng điều biến đến tần số cao nhờ nguồn nuôi.
Quang thông của LED nhỏ ( cỡ mW) và nhạy với nhiệt độ
, do đó hạn chế phạm vi sử dụng của đèn.
 Lazer :
Laze là nguồn sáng đơn sắc có định hướng và đặc biệt là
tính liên kết mạnh ( cùng phân cực, cùng pha) vì vậy khi chồng chéo lên
nhau chúng tạo thành một sóng duy nhất và xác định.
Laze có bước sóng đơn sắc , thông lượng lớn độ định
hướng cao và truyề đi xa với khoảng cách lớn.
6.3.2.Cảm biến quang điện.
Cảm biến quang điện thực chất là các linh kiện quang điện, chúng thay đổi
tính chất khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào bề mặt cùa chúng .
 Tế bào quang dẫn ( quang điện trở):
 Nguyên lý làm việc của quang điện trở là sự phụ thuộc của điện trở vào
thông lượng bức xạ và phổ bức xạ đó.

Trang 32
 Tế bào quang dẫn là càm biến quang điện có độ nhạy cao . Cơ sở vật lý
của tế bào quang điện là hiện tượng quang dẫn do hiệu ứng quang điện trong.
Đó là hiện tượng giải phóng các hạt tải điện trong vật liệu dưới tác dụng của ánh
sáng làm tăng độ dẫn điện của vật liệu.
 Vật liệu chế tạo cảm biến quang điện .
Cảm biến quang thường được chế tạo bằng các bán dẫn đa tinh thể đồng
nhất hoặc đơn tinh thể, bán dẫn riêng hoặc bán dẫn pha tạp, thí dụ:
 Đa tinh thể: CdS, CdSe, CdTe
PbS, PbSe, PbTe
 Đơn tinh thể : Ge, Si tinh khiết hoặc pha tạp Au, Cu, Sb, In
SbIn, AsIn, Pin, CdHgTe
 Các tính chất cùa cảm biến quang điện.
 Điện trở tối R0 phụ thuộc vào dạng hình học, kích thước , nhiệt độ và bản
chất của vật liệu.
Ví dụ: PbS, CdS, CdSe có điện trở tối từ 104 đến 109 ở 250C
SbIn, SbAs có điện trở tối từ 10 đến 103 ở 250C
 Độ nhạy: Độ nhạy phổ của tế bào quang dẫn được định nghĩa theo biểu
thức:
Ví dụ: Điện áp đặt U=10v , diện tích bề mặt tế bào bẳng 1cm2
Độ nhạy phổ khoảng 0.1 đến 10A/W.
6.3.3.Photo Diot.
 Nguyên lý hoạt động:
 Sự tiếp xúc của hai bán dẫn loại n và loại p ( vùng chuyển tiếp P_N) tạo
nên vùng nghèo hạt dẫn vì ở tồn tại một điện trường và hình thành hàng rào thế
Vb (hình 10) .Khi không có điện thế bên ngoài đặt lên vùng chuyển tiếp (U=0)
dòng điện qua chuyển tiếp I=0 .

Trang 33
Hình 10 : Cấu tạo của photo diot
 Khi đặt một điện áp lên diot, vói điện áp ngược đủ lớn Ud >> , chiều cao
của hàng rào thế tăng lên và tên diot chỉ còn dòng điện ngược Ir = I0 (I0 – dòng
điện tối).
 Khi chiếu sáng diot bằng bức xạ có bước sóng sẽ xuất hiện
các cặp điện tử _ lỗ trống, dưới tác dung của điện truong các cặp điện tử _ lỗ
trống chuyển động và dòng điện ngược Ir tăng lên rất nhanh.
 Các vật liệu dùng chế tao Photo diot là Si, Ge (vùng ánh sáng nhìn thấy)
và GaAs, InAs, InSb ( vùng hồng ngoại).
 Chế độ hoạt động:
 Chế độ quang dẫn : sơ đồ nối photo diot gồm nguồn E , phân cực ngược
diot và điện trở R như Hình 11.
Hình 11 : sơ đồ nối photo diot
Từ hình vẽ ta có : E = UR - Ud
 Chế độ quang thế : trong chế độ này không có điện áp ngoài đặt vào diot.
Photo diot hoạt động như một nguồn dòng.

Trang 34
Hình 12 : Mạch đo ở chế độ quang thế
 Đặc điểm của chế độ làm việc này là không có dòng tối do không có
nguồn điện phân cực ngoài, do đó có thể giảm nhiễu và cho phép đo quang
thông nhỏ.
6.3.4. Photo transitor.
 Photo transitor là các transitor silic loại npn mà vùng bazơ được
chiếu sáng, không có điện áp đặt trên bazơ, chỉ có điện áp trên C, đồng thời
chuyền tiếp B-C phân cực ngược như Hình 13 . Điện áp đặt chủ yếu là phần
chuyển tiếp B-C ( phân cực ngược) trong khi đó sự chênh lệch điện thế giữa E
và B thay đổi không đáng kể
 Khi phần chuyển tiếp B_C được chiếu sáng , sự hoạt động của
photo transitor giống như photo diot ở chế độ quang dẫn với dòng điện ngược:
Ir = I0 + Ip
Với : Ir : dòng điện ngược
I0 : dòng điện tối
Ip : dòng điện sang
HìHình 13: Photo transitor

Trang 35
6.3.5.Cảm biến phát xạ ( Tế bào quang điện).
 Nguyên lý hoạt động:
 Cảm biến phát xạ là biến hiệu quang thành tín hiệu điện nhờ hiện tượng
phát xạ điện tử ở điện cực catot khi có thông lượng ánh sáng chiếu vào .
 Số lượng điện tử phát xạ tỷ lệ với số photon chiếu vào cực cactot .
 Cảm biến phát xạ được phân thành:
 Tế bào quang điện chân không.
 Đèn ion khí.
 Bộ nhân quang điện.
 Cơ chế hoạt động cùa tế bào quang điện như sau:
 Khi có thông lượng ánh sáng chiếu vào, catot hấp thụ photon và giải
phóng điện tử , các điện tử này di chuyển lên bề mặt và thoát ra ngoài.
 Các vật liệu dùng làm photon cactot là:
 AgOCs nhạy với vùng hồng ngoại.
 Cs2Sb, K2CsSb nhạy với vùng ánh sáng nhìn thấy và vùng tử ngoại.
 Tế bào quang điện chân không.
Tế bào quang điện chân không là một ống
hình trụ được hút chân không tới áp suất 10-6 đến
10-8 mmHg. Trong ống đặt một cactot có khả
năng phát xạ khi được chiếu sáng và một anot như
Hình 14. Hình 14 : Tế bào quang điện
 Tế bào quang điện có khí:
Tế bào quang điện có khí cấu tạo tương tự như chân không , bên trong
đèn được điền đầy khí trơ (argon), với áp suất cỡ 10-1 đến 10-2 mmHg.
 Bộ nhân quang:
 Khi bề mặt chất rắn bị bắn phá bởi các điện tử có năng lượng đủ lớn, nó
có thể phát xạ các điện tử (phát xạ thứ cấp).

Trang 36
Hình 15 : Sơ đồ thiết bị nhân quang
 Nếu số điện tử phát xạ thứ cấp lớn hơn số điện tử tới sẽ có khả năng
khuếch đại tín hiệu. Sự khuếch đại này ứng dụng làm thiết bị nhân quang.
 Các điện tử tới ( điện tử sơ cấp) được phát xạ từ một photo catot đặt
trong chân không bị chiếu sáng. Chúng được tiêu thụ trên điện cực thứ nhất của
dãy các điện cực. Bề mặt các điện cực phủ vật liệu có khả năng phát xạ thứ cấp.
Các điện cực mắc nối tiếp nhau với điện thế tăng dần thông qua các điện trở sao
cho các điện tử bị hút lien tiếp bởi các điện cực tiếp theo làm số điện tử thứ cấp
tăng lên.
 Cáp quang:
 Dạng cáp quang đơn giản bao gồm một lõi có chiết suất , bán kính và vỏ.
Vật liệu chế tạo cáp quang là:
 SiO2 tinh thiết hoặc pha tạp.
 Thủy tinh , thành phần của SiO2 và phụ gia Na2O3 , B2O3.
 Polime.
Ứng dụng của cảm biến quang:
 Dùng tế bào quang dẫn để điều khiển rơle:
 Sơ đồ Hình 16a dùng điều khiển trực tiếp rơle , hình 16b điều khiển
thông qua transitor khuếch đại.Nguyên lý làm việc của hệ thống điều khiển là
khi chưa có ánh sang chiếu vào tế bào quang dẫn , dòng điện qua quang dẫn và

Trang 37
rơle rất nhỏ chưa đủ để rơle tác động .Khi bị chiếu sáng , điện trờ của quang
dẫn giảm đi rất nhanh dòng điện qua quang dẫn tăng lên đủ lớn để rơle tác động
.
Hình 16: Dùng tế bào quang dẫn để điều khiển rơle
 Ứng dụng photodiot và transitor trong điều khiển:
 Tùy thuộc vào mục đích sử dụng photo diot và photo transitor ta có thể
thực hiện các đại lượng khác nhau hoặc điều khiển trong quá trình sản xuất như:
quay tốc độ quay cùa động cơ đếm số lượng vật , đo cường độ ánh sáng, điều
khiển đóng mở các rơle…..
Hình 17 : Ứng dụng transitor quang đóng mở các rơle
 Hình 17 là sơ đồ ứng dụng photo transitor trong chế độ chuyển mạch để
điều khiển.
 Trong trường hợp này người ta sử dụng thông tin dưới dạng nhị phân :
có hay không có ánh sáng hoặc ánh sáng lớn hơn hoặc nhỏ hơn ngưỡng chiếu
sáng. Transitor khóa hoặc thông cho phép điều khiển trực tiếp hoặc qua khuếch

Trang 38
đại như một rơle, điều khiển cổng logic hoặc thyristor .Hình 18 ứng dụng cáp
quang và càm biến quang đo di chuyển và tốc độ quay.
Hình 18 : Ứng dụng cáp quang và càm biến quang đo di chuyển và tốc độ
quay
 Ngoài ra có thề ứng dụng photo transitor đề chế tạo ra dụng cụ đo ánh
sáng (luxmet) như Hình 19.
Hình 19: Luxmet
 Các photo transitor làm việc trong chế đô tuyến tính và có thể đo được
ánh sáng không đổi hoặc thay đổi.
6.4. Cảm biến điện từ
6.4.1.Khái niệm
 Cảm biến điện từ là nhóm các cảm biến với nguyên lý hoạt động dựa
theo qui luật điện từ. Đại lượng cần đo làm thay đổi giá trị điện cảm, hỗ cảm,
từ thông hoặc độ từ thẩm của lõi thép và cuộn dây.
 Cảm biến điện từ được phân thành: cảm biến điện cảm, cảm biến kiểu
biến áp và cảm biến cảm ứng.
 Cảm biến điện cảm:

Trang 39
 Cảm biến điện cảm là một cuộn dây bằng đồng có đường kính từ
0,02mm đến 0,1mm được quấn trên lõi thép có khe hở không khí( mạch từ hở)
với các dạng khác nhau.
 Dưới tác động của đại lượng đo (Xv) phần ứng 3 dịch chuyển làm cho
khe hở không khí D thay đổi kéo theo từ trở của mạch từ ( Rm) thay đổi và điện
cảm L( hoặc tổng trở Z) cũng thay đổi theo. Mạch từ được làm bằng thép dẫn
từ như Ferit.
D
Hình 20: Cảm biến điện cảm
 Cảm biến hỗ cảm (Biến áp):
 Cảm biến hỗ cảm giống như cảm biến điện cảm về cấu tạo mạch từ và
hình dạng, chỉ khác ở chỗ ngoài cuộn dây kích thích (sơ cấp) còn có cuộn dây
đo( thứ cấp). Nguyên lý hoạt động của cảm biến dựa trên hiện tượng điện từ.
Khi có đại lượng vật lý tác động, làm cho lõi động di chuyển, khe hở không khí
D thay đổi và từ trở Rm thay đổi do đó từ thông φ móc vòng qua cuộn dây thứ
cấp tạo nên sức điện động hỗ cảm.
Hình 21: Cảm biến hỗ cảm
 Cảm biến hỗ cảm có đặc tính phi tuyến khi D thay đổi và tuyến tính khi
tiết diện S thay đổi. Ngoài ra độ nhạy cảm của cảm biến tăng khi tần số nguồn
cung cấp tăng. Sai số của cảm biến gây nên do nguồn cung cấp điện áp không

Trang 40
ổn định, điện áp thay đổi 1% gây sai số 1%. Tần số nguồn cung cấp thay đổi
cũng gây sai số. Với sự thay đổi tần số 1% gây sai số 0,2% .
 Đặc tính của cảm biến điện cảm và hỗ cảm phụ thuộc vào hệ thống cơ
nối phần động. Tần số làm việc khá rộng từ 500Hz đến vài KHz.
6.4.2.Ứng dụng của cảm biến điện cảm vả cảm biến hỗ cảm
 Do đặc điểm của cảm biến điện cảm và cảm biến hỗ cảm giống nhau nên
chúng được ứng dụng đo các đại lượng vật lý như nhau.
 Đo độ dịch chuyển:
 Hình 22 là sơ đồ ứng dụng cảm biến hỗ cảm đo dịch chuyển. Cung cấp
điện áp cho mạch sơ cấp cảm biến là một máy phát hình sin tần số 1,5Khz. Điện
áp ra của cảm biến được khuếch đại xoay chiều sau đó qua chỉnh lưu nhạy pha
lọc thông thấp để được điện áp một chiều.
Hình 22: sơ đồ khối mạch ứng dụng cảm biến hỗ cảm đo dịch chuyển.
 Tín hiệu một chiều được khuếch đại để tăng độ lớn với điện áp đưa ra chỉ
thị Analog. Nếu thể hiện kết quả dưới dạng số, tín hiệu ra được đưa qua mạch
chuẩn hóa đến bộ biến đổi A/D và hiển thị dưới dạng số, mặt khác có thể gửi tín
hiệu đo được qua một hệ thống khác với mạch giao tiếp BCD. Bộ so sánh thực
hiện điều khiển “dịch chuyển hay không dịch chuyển” với hai giới hạn điều
chỉnh được cho hệ thống.
 Đo độ dày của vật không dẫn từ:

Trang 41
 Hình 23 là sơ đồ nguyên lý của cảm biến điện cảm đo độ dày của vật
không dẫn từ. Trong đó độ dày được xác định như khe hở giữa hai phần mạch từ
(δ) và điện cảm L.
Hình 23: Ứng dụng cảm biến điện cảm đo độ dày vật không dẫn từ.
7. Khái quát về họ PLC S7-200 của Siemens:
7.1 Giới thiệu về PLC
PLC được viết tắt từ cụm từ (Programmable Logic Control) nghĩa là điều khiển
logic khả trình. Đây là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các phép toán điều
khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thực hiện các phép toán
bằng các mạch số. Do đó PLC trở thành bộ điều khiển nhỏ gọn, dễ dàng thay đổi thuật
toán và đặc biệt dễ dàng trao đổi thộng tin với môi trường xung quanh ( với các loại
PLC khác hoặc với máy tính). Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt các
sự kiện. Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích ( ngõ vào ) tác động
vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định kỳ hay các sự kiện được
đếm.
Thông thường, một PLC được cấu tạo bởi 7 module phần cứng sau: Module
nguồn, module đơn vị xử lý trung tâm, module bộ nhớ chương trình và dự liệu, module
đầu vào, module đầu ra, modul phối ghép, module chức năng.

Trang 42
Hình 1.11: Các Modul của một PLC.
7.2 Cấu trúc, nguyên lý hoạt động của PLC S7-200, CPU 224.
7.2.1 Cấu trúc.
a/ Một bộ PLC gồm 5 thành phần chính:
 Khối nhận ( Modul Input ) tập trung bên trong các cổng dùng để kết nối
với các thiết bị nhập.
 Khối xuất ( Modul Output ) tập trung bên trong các cổng dùng để kết nối
với các thiết bị xuất.
 Khối xử lý ( CPU ) có công dụng xử lý chương trình cài đặt trên PLC.
 Khối bộ nhớ ( Memory ) lưu trữ chương trình và dữ liệu, bao gồm:
* Bộ nhớ chương trình ( Program Memory ) dùng để chứa chương trình
cài đặt trên PLC.
* Bộ nhớ dữ liệu ( Data Memory ) dùng để cung cấp các vùng nhớ trống
có tác dụng hỗ trợ cho chương trình vận hành ( User Memory ).
 Khối nguồn ( Power Supply ) có công dụng cung cấp nguồn cho hệ
thống.
Panel
lập trình,
vận
hành,
giám sát.
Bộ nhớ
chương
trình
Bộ nhớ
dữ liệu
Nguồn
Đơn vị
xử lý
trung
tâm
Khối ngõ vào
Khối ngõ vào
Quản
lý
việc
phối
ghép

Trang 43
Hình 1.12: Cấu trúc của PLC.
b/ Đối với loại CPU 224 DC/DC/DC:
 Điện áp cấp cho nguồn: 24VDC.
 Ngõ vào tích cực mức cao: 24VDC.
 Ngõ ra tích cực mức cao: 24VDC.
Hình 1.13: Sơ đồ khối của CPU224DC
7.2.2 Nguyên lý hoạt động:
a/ Đơn vị xử lý trung tâm:
CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC. Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra
chương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trong

Trang 44
chương trình, sẽ đóng hay ngắt các đầu ra. Các trạng thái ngõ ra ấy được phát tới
các thiết bị liên kết để thực thi và toàn bộ các hoạt động thực thi đó đều phụ thuộc
vào chương trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ.
b/Hệ thống bus:
Hệ thống bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tín
hiệu song song:
 Address Bus: Bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ đến các Modul khác
nhau.
 Data Bus: Bus dùng truyền dữ liệu.
 Control Bus: Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thì và điều
khiển đồng bộ các hoạt động trong PLC.
Trong PLC các số liệu được trao đổi giữa bộ xử lý và các modul vào ra
thông qua Data Bus. Address Bus và Data Bus gồm 8 đường, ở cùng thời điểm cho
phép truyền 8 bit của 1 byte một cách đồng thời hay song song.
c/Bộ nhớ:
PLC thường yêu cầu bộ nhớ trong các trường hợp:
 Làm bộ định thì cho các kênh trạng thái IN/OUT
 Làm bộ đệm trạng thái các chức năng trong PLC như định thời, đếm, ghi
các Relay
d/Các ngõ vào ra I/O:
Các đường tín hiệu từ các cảm biến được nối vào các modul (các đầu vào
của PLC), các cơ cấu chấp hành được nối nối với các modul ra (các đầu ra của
PLC).
Hầu hết các PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5V, tín hiệu xử lý là
12/24VDC hoặc 100/240VAC.
Mỗi đơn vị I/O có duy nhất một địa chỉ
Mỗi đơn vị I/O có duy nhất một địa chỉ, các hiển thị trạng thái của các kênh
I/O được cung cấp bởi các đèn LED trên PLC, điều này làm cho việc kiểm tra họat
động nhập xuất trở nên dể dàng và đơn giản.

Trang 45
Thực hiện chương trình:
PLC thực hiện chương trình theo chu kỳ lặp. Mỗi vòng lặp được gọi là vòng
quét ( scan ). Mỗi vòng quét bắt đầu bằng việc đọc các dữ liệu từ các cổng vào vùng
đệm, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình. Trong từng vòng quét, chương trình
được thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc tại lệnh kết thúc END. Sau giai đoạn
thực hiện chương trình là giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi. Vòng quét
được kết thúc bằng giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm tới các cổng ra.
Hình 1.14: Chu kỳ quét của PLC
7.3 High Speed Counter (HSC):
Để đọc xung tốc độ cao (HSC), là Encoder.
Tùy từng loại ứng dụng mà ta có thể chọn nhiều Mode đọc xung tốc độ
cao khác nhau, có tất cả 12 Mode đọc xung tốc độ cao như sau:
7.3.1. Mode 0,1,2 : Dùng đếm 1 pha với hướng đếm được xác định bởi Bit
nội.
- Mode 0: Chỉ đếm tăng hoặc giảm, không có Bit Start cũng như bit
Reset
- Mode 1: Đếm tăng hoặc giảm, có bit Reset nhưng không có bit Start
- Mode 2: Đếm tăng hoặc giảm, có Bit Start cũng như bit Reset để cho
phép chọn bắt đầu đếm cũng như chọn thời điểm bắt đầu Reset. Các Bit Start cũng
như Reset là các ngõ Input chọn từ bên ngoài.
Lặp lại chu kỳ
quét
1.Nhập dữ liệu từ ngoài vào
2. Thực hiện chương trình3.Truyền thông và tự kiểm tra lỗi.
4.Chuyển dữ liệu từ bộ đệm ra ngoại vi.

Trang 46
Hình 1.15: Giản đồ xung Mode 0, 1, 2
7.3.2. Mode 3,4,5: Dùng đếm 1 pha với hướng đếm được xác định bởi Bit
ngoại, tức là có thể chọn từ ngõ vào input.
- Mode 3: Chỉ đếm tăng hoặc giảm, không có Bit Start cũng như bit
Reset
- Mode 4: Đếm tăng hoặc giảm,có bit Reset nhưng không có bit Start
- Mode 5: Đếm tăng hoặc giảm, có Bit Start cũng như bit Reset để cho
phép chọn bắt đầu đếm cũng như chọn thời điểm bắt đầu Reset. Các Bit Start cũng như
Reset là các ngõ Input chọn từ bên ngoài.
Hình 1.16: Giản đồ xung Mode 3,4 và 5
7.3.3. Mode 6,7,8 : Dùng đếm 2 pha với 2 xung vào, 1 xung dùng để đếm
tăng và một xung đếm giảm.
- Mode 6: Chỉ đếm tăng giảm, không có Bit Start cũng như bit Reset.
- Mode 7: Đếm tăng giảm, có bit Reset nhưng không có bit Start
- Mode 8: Đếm tăng giảm, có Bit Start cũng như bit Reset để cho phép
chọn bắt đầu đếm cũng như chọn thời điểm bắt đầu Reset. Các Bit Start cũng như

Trang 47
Hình 1.17: Giản đồ xung Mode 6, 7, 8.
7.3.4. Mode 9,10,11 : Dùng để đếm xung A/B của Encoder,có 2 dạng:
a/ Dạng 1 (Quadrature 1x mode): Đếm tăng 1 khi có xung A/B quay
theo chiều thuận, và giảm 1 khi có xung A/B quay theo chiều ngược.
Hình 1.18: Giản đồ xung Mode 9, 10,11 khi nhân 1
b/ Dạng 2 (Quadrature 4x mode): Đếm tăng 4 khi có xung A/B quay
theo chiều thuận, và giảm 4 khi có xung A/B quay theo chiều ngược.
Hình 1.19: Giản đồ xung Mode 9, 10,11 khi nhân 4.

Trang 48
- Mode 9: Chỉ đếm tăng giảm, không có Bit Start cũng như bit Reset.
- Mode 10: Đếm tăng giảm, có bit Reset nhưng không có bit Start.
- Mode 11: Đếm tăng giảm, có Bit Start cũng như bit Reset để cho phép
chọn bắt đầu đếm cũng như chọn thời điểm bắt đầu Reset. Các Bit Start cũng như
7.3.5. Mode 12 : Dùng để đếm xung A/B của Encoder,có 2 dạng:
Chỉ áp dụng với HSC0 và HSC3, HSC0 dùng để đếm số xung phát ra từ
Q0.0 và HSC3 đếm số xung phát ra từ Q0.1 ( Được phát ra ở chế độ phát xung
nhanh) mà không cần đấu phần cứng, nghĩa là PLC tự kiểm tra từ bên trong.
Hình 1.20: Các bit điều khiển cho các HSC và các chức năng của chúng cho từng
chế độ.

Trang 49
Các Bit được sử dụng để điều khiển các chế độ của HSC:
a/ HDEF Control Bits(used only when HDEF is executed)
Chọn mức tích cực cho việc reset, start và chế độ đếm.
HSC0 HSC1 HSC2 HSC4 Description
SM37.
0
SM47.
0
SM57.
0
SM147.0
Active level control bit for Reset**:
0 = Reset active high
1 = Reset active low
SM47.
1
SM57.
1
Active level control bit for Start**:
0 = Start active high
1 = Start active low
SM37.
2
SM47.
2
SM57.
2
SM147.2
Counting rate selection for Quadrature
counters:
0 = 4x counting rate
1 = 1x counting rate
b/ SM Control Bits for HSC Parameters
Chọn hướng đếm tăng hay giảm, cập nhật hướng đếm hay không, cho phép cập
nhật giá cài đặt ban đầu hay không, cho phep cập nhật giá trị hiện tại hay không, cho
phép HSC hoạt động hay không.
HSC0 HSC1 HSC2 HSC3 HSC4 HSC5 Description
SM37.
3
SM47
.3
SM57
.3
SM137.
3
SM147.
3
SM157.
3
Counting direction
control bit:
0 = count down
1 = count up
SM37.
4
SM47
.4
SM57
.4
SM137.
4
SM147.
4
SM157.
4
Write the counting
direction to the HSC:
0 = no update
1 = update direction

Trang 50
SM37.
5
SM47
.5
SM57
.5
SM137.
5
SM147.
5
SM157.
5
Write the new preset
value to the HSC:
0 = no update
1 = update preset
SM37.
6
SM47
.6
SM57
.6
SM137.
6
SM147.
6
SM157.
6
Write the new current
value to the HSC:
0 = no update
1 = update current
SM37.
7
SM47
.7
SM57
.7
SM137.
7
SM147.
7
SM157.
7
Enable the HSC:
0 = disable the HSC
1 = enable the HSC
c/ Các bit trang thái:
Các Bit trạng thái cho các HSC: HSC0, HSC1, HSC2, HSC3, HSC4,
HSC5:
HSC0 HSC1 HSC2 HSC3 HSC4 HSC5 Description
SM36.
0
SM46.
0
SM56
.0
SM136
.0
SM146
.0
SM156
.0
Not used
SM36.
1
SM46.
1
SM56
.1
SM136
.1
SM146
.0
SM156
.1
Not used
SM36.
2
SM46.
2
SM56
.2
SM136
.2
SM146
.0
SM156
.2
Not used
SM36.
3
SM46.
3
SM56
.3
SM136
.3
SM146
.0
SM156
.3
Not used
SM36.
4
SM46.
4
SM56
.4
SM136
.4
SM146
.0
SM156
.4
Not used
SM36.
5
SM46.
5
SM56
.5
SM136
.5
SM146
.0
SM156
.5
Current counting
direction status bit:

Trang 51
0 = counting down;
1 = counting up
SM36.
6
SM46.
6
SM56
.6
SM136
.6
SM146
.0
SM156
.6
Current value equals
preset value status bit:
0 = not equal;
1 = equal
SM36.
7
SM46.
7
SM56
.7
SM136
.7
SM146
.0
SM156
.7
Current value greater than
preset value status bit:
0 = less than or equal;
1 = greater than
7.4. Xuất xung tốc độ cao (PWM,PTO)
CPU S7_200 có 2 ngõ ra xung tốc độ cao (Q0.0 ,Q0.1), dùng cho việc
điều rộng xung tốc độ cao nhằm điều khiển các thiết bị bên ngoài.
Việc điều rộng xung được thực hiện thông qua việc định dạng Wizard.
Có 2 cách điều rộng xung: điều rộng xung 50% (PTO) và điều rộng xung theo tỉ lệ
(PWM).
7.4.1. Điều rộng xung 50% (PTO)
Để thực hiện việc phát xung tốc độ cao ( PTO) trước hết ta phải thực hiện
các bước định dạng sau:
- Reset ngõ xung tốc độ cao ở chu kì đầu của chương trình.
- Chọn loại ngõ ra phát xung tốc độ cao Q0.0 hay Q0.1.
- Định dạng thời gian cơ sở ( Time base) dựa trên bảng sau:
Result of executing the PLS instruction
Control
Register
(Hex
Value)
Enabl
e
Select
Mode
PTO
Segment
Operatio
n
Time
Base
Pulse
Count
Cycle
Time
16#81 Yes PTO Single 1 µs/cycle Load
16#84 Yes PTO Single 1 µs/cycle Load

Trang 52
16#85 Yes PTO Single 1 µs/cycle Load Load
16#89 Yes PTO Single
1
ms/cycle
Load
16#8C Yes PTO Single
1
ms/cycle
Load
16#8D Yes PTO Single
1
ms/cycle
Load Load
16#A0 Yes PTO Multiple 1 µs/cycle
16#A8 Yes PTO Multiple
1
ms/cycle
Các Byte sử dụng cho việc định dạng: SMB67 (cho Q0.0), SMB77 ( cho Q0.1).
Ngoài ra:
Q0.0 Q0.1 Chức năng
SMW68 SMW78 Xác định chu kì thời gian
SMW70 SMW80 Xác định chu kì phát xung
SMD72 SMD82 Xác định số xung điều khiển
7.4.2. Điều rộng xung theo tỉ lệ (PWM)
Để thực hiện việc phát xung tốc độ cao ( PWM) trước hết ta phải thực
hiện các bước định dạng sau:
- Reset ngõ xung tốc độ cao ở chu kì đầu của chương trình.
- Chọn loại ngõ ra phát xung tốc độ cao Q0.0 hay Q0.1.
Định dạng thời gian cơ sở ( Time base) dựa trên bảng sau:
Result of executing the PLS instruction
Control
Register
(Hex
Value)
Enabl
e
Select
Mode
PWM Update
Method
Time
Base
Pulse
Width
Cycle
Time

Trang 53
16#D1 Yes PWM Synchronous 1 µs/cycle Load
16#D2 Yes PWM Synchronous 1 µs/cycle Load
16#D3 Yes PWM Synchronous 1 µs/cycle Load Load
16#D9 Yes PWM Synchronous
1
ms/cycle
Load
16#DA Yes PWM Synchronous
1
ms/cycle
Load
16#DB Yes PWM Synchronous
1
ms/cycle
Load Load
Các Byte cho việc định dạng SMB67 ( cho Q0.0), SMB77 ( cho Q0.1).
Ngoài ra:
Q0.0 Q0.1 Chức năng
SMW68 SMW78 Xác định chu kì thời gian
SMW70 SMW80 Xác định chu kì phát xung
SMD72 SMD82 Xác định số xung điều khiển
Ngoài ra để thực hiện được điều xung nhiều trang thái của xung thì còn dùng
nhiều đến lệnh ngắt ATCH:
Bit EN : tín hiệu cho phép thực hiện lệnh ATCH
INT : Chương trình ngắt được gọi khi có sự kiện ngắt xảy ra
EVNT : Số thứ tự sự kiện ngắt

Trang 54
Bảng thông số ngắt và các sự kiện ngắt.
Lệnh DTCH: lệnh cấm ngắt.
Bit EN : tín hiệu cho phép thực hiện lệnh DTCH.
EVNT : Số thứ tự sự kiện ngắt bị cấm.

Trang 55
CHƯƠNG II
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG
1.Thiết kế phần cơ khí:
1.1 Vận hành của toàn hệ thống
 Bật CB để cấp nguồn vào hệ thống.
 Khi nhấn Start thì hệ thống sẽ bắt đầu hoạt động.
 Khi nhấn Stop hệ thống sẽ ngừng hoạt động sau khi đã hoàn thành xong
một khâu.
*** Lưu ý : Các khối trong hệ thống luôn được vận hành liên tục độc lập với nhau.

Trang 56
1.2 Vận hành của từng bộ phận.
Bộ phận chiết nước :
 Khi có chai được cấp vào thì băng chuyền 1 sẽ đưa chai đến vị trí cảm
biến châm nước băng chuyền sẽ dừng lại ,lúc này bộ phận chiết nước sẽ được hạ xuống
bởi Van khí 3 và động cơ chiết nước sẽ chiết nước vào chai (thời gian có thể thay đổi
được tùy theo thể tích của chai). Mức nước trong chai sẽ được định khoảng một thời
gian Delay .Nếu chai được bơm đầy thì hệ thống chiết nước sẽ được nâng lên và băng
chuyền 1 sẽ được set để đưa chai tới băng chuyền 2. Băng chuyền 2 sẽ đưa chai tới hệ
thống đặt nắp chai.

Trang 57
Bộ phận đặt nắp chai :










Khi cảm biến 2 phát hiện có chai thì băng chuyền 2 sẽ dừng lại và hệ thống đặt
nắp chai sẽ được hạ xuống. Động cơ bước sẽ quay 1 góc đúng bằng 90 độ để đưa nắp
chai vào đúng vị trí cần thiết, đồng thời xilanh 2 sẽ được set để đóng nút chai vào
miệng chai. Sau đó hệ thống đặt nắp chai sẽ được nâng lên, băng chuyền 2 sẽ được set
trở lại để đưa chai tới băng chuyền 3.

Trang 58
Bộ phận vặn nắp chai :
Khi băng chuyền 3 đưa chai đến vị trí cảm biến 3 thì băng chuyền 3 sẽ dừng lại. Hệ
thống vặn nắp sẽ được hạ xuống. VK6 và VK9 sẽ được Set để ép chặt nắp chai từ
hai bên, lò xo sẽ ép nắp chai từ phía trên. Động cơ vặn nắp sẽ quay trong 1 khoảng
thời gian nhất định để vặn chặt nút chai. Sau đó hệ thống vặn nắp sẽ từ từ được
nâng lên và băng chuyền 3 sẽ hoạt động trở lại để đưa chai tới băng chuyền 4.

Trang 59
Bộ phận tay máy đóng hộp :
Khi băng chuyền 4 đưa chai đến vị tri cảm biến 4 thì tay máy sẽ kẹp lấy chai
(tay máy lúc này đã chờ sẵn ở vị trí gắp chai). Chai sẽ không được gắp cho đến khi có
thùng đi qua băng chuyền 5 và được cảm biến 5 xác nhận. Lúc đó băng chuyền 5 sẽ
dừng lại và tay máy sẽ gắp chai đến đặt vào vị trí đầu tiên trong hộp (có tất cả 4 vị trí).
Khi tay máy đã gắp đủ 4 chai thì băng chuyền 5 sẽ được set để tải hộp ra ngoài. Tay
máy sẽ tự động quay về vị trí cố định ban đầu để chờ chai tiếp theo.
Quá trình lại tiếp tục tuần tự các quá trình trên .

Trang 60
2/ Linh kiện sử dụng trong đồ án:
2.1. PLC
a .Sử dụng PLC S7-200/CPU224
 Có 14 input/ 10 out put.
 Điện áp nguồn nuôi 220V AC.
 Điện áp ra DC/ Relay (24VDC)
b . Sử dụng 2 module EM 223
 8 input/ 8 out put
2.2. Cảm biến
Mô hình sử dụng các loại cảm biến sau:
 Cảm biến quang:
 A3R-1MX:

Trang 61
 KPS- AN20DS:

Trang 62
- E3C-JC4:

Trang 63
* Cảm biến dung (E2K-C)

Trang 64
0
R16
100k
0
12V
-
+
U2C
10
9
8
411
B_TRO 5K1
0
12V
R15
4k7
R7
10k
R21
10K
-
+
U2A
3
2
1
411
12V
12V
12V
-
+
U2B
5
6
7
411
0
R17
10k
R18
10K
C1
104
PWM1
R20
4k7
0
-
+
U2D
12
13
14
411
12V
2.3. Động cơ bước :
3.Thiết kế mạch điều khiển:
3.1. Khối Nguồn
0
R13
150_5W
0
Q4 A671_TAI_NHIET
SW1
CONG_TAC_NGUON
1 2
J1
NGUON_24VDC
1
2
3
4
C4
104
C8
1000uF
C6
1000uF
00
24V
0
C9
10uF
0
C3
1000uF 50V
0
U4 LM7805
1 3
2
IN OUT
GND
C7
104
U3 LM7812
1 3
2
IN OUT
GND
D6
DIODE_NGUON24V
00
KHOI NGUON
SW2
CAU_CHI
C5
10uF
12V
0
5V
Q5 A671_TAI_NHIET
R14
10_5W
3.2. Khối điều khiển tốc độ động cơ (PWM) và chọn chiều động cơ
Phân tích mạch: (Xét Opamp lý tưởng)

Trang 65
14 ( 12 13)V A V V  với A là hệ số khuếch đại của Opamp. A rất lớn
Thay V14=V13 vào:
14 ( 12 14)
14 12 12
1
V A V V
A
V V V
A
 
  

12 5,3V V
6 3 14 5,3V V V V   
Xét pt dòng điện tại nút 2:
 
   
7 2
2 1 '
10
7 2 .10 . 2 1 ' 0,001 2 1 '
2 3 5,3
V V
C V V
K
V V C K V V V V
V V V

 
     
 
Khi 1 5,3 5 5,3 7V V V V V    ở mức cao (đo được 7 9,5V V )
Thay vào pt trên:
9,5V-5,3V=0,001(5,3V-V1)’
(0)
4,2
1 5,3 1
0,001
t
V V    với (0)1V là điều kiện đầu của V1
V1 giảm tuyến tính
Đo được giá trị đỉnh của V1 là 6V,giá trị đáy của V1 là 4,7V
 Khoảng TG V1 giảm là:
6 4,7
0.31
4,2
t ms

 
Khi 1 5,3 5 5,3 7V V V V V    ở mức thấp (đo được 7 0,5V V )
Thay vào pt trên:
0,5V-5,3V=0,001(5,3V-V1)’
(0)
4,8
1 6 1
0,001
t
V V    với (0)1V là điều kiện đầu của V1
V1 tăng tuyến tính
 Khoảng TG V1 tăng là:
6 4,7
0.27
4,8
t ms

 
Suy ra dạng sóng của V1 là dạng sóng tam giác chu kỳ 0,58ms

Trang 66
Điện áp từ chân 1 được đưa vào chân 10 so sánh với điện áp ở chân số 9 để cho
ra sóng vuông ở chân 8. Điện áp ở chân 9 được điều chỉnh bằng biển trở, khi điện áp ở
chân 9 thay đổi sẽ kéo theo độ rộng xung ở chân 8 thay đổi
- Điều khiển tốc độ động cơ băng chuyền bằng phương pháp điều khiển độ
rộng xung PWM bằng LM324 qua Fet IRF540.
FET
12V
D63
1N4007
LS19
RELAY_DAO
3
4
5
6
8
7
1
2
OUT_RELAY
D65
1N4007
NGUON_24V
J30
MOTOR
1
2
C32
104
- Đảo chiều động cơ dùng PLC đóng ngắt RELAY.
- Diode D65 dùng để dập tắt dòng ngược khi dừng hoặc đảo chiều Motor.
Chống nhiễu.
IRF_1
FET_1
Q1
D468
Q2
IRF540
PWM1
12V
R11
1K
Q6
B562
IRF_1
Q3
IRF540
R6
2K2
0

Trang 67
3.3. Khối Step motor:
Q1
IRF540
Q3
IRF540
XUNG_4
J3
XUNG_STEP
1
2
5V
XUNG_1
ISO1
PC817
12
34
XUNG_2
R1
4K7
R3
2k2_cau_phan_ap
D5
LED
Q2
IRF540
5V
XUNG_3
XUNG_25V
U1B
4013
9
11
13
12
14
8
7
10
D
CLK
Q
Q
VDD
S
GND
R
J1
POWER
1
2
5V
XUNG_3
XUNG_1
5V
J2
STEP
1
2
3
4
5
6
XUNG_4
R2
560_cau_phan_ap
U1A
4013
5
3
1
2
14
6
7
4
D
CLK
Q
Q
VDD
S
GND
R
Q4
IRF540
- Xung cấp cho step được lấy từ xung tốc độ cao của PLC và được cách ly qua
OPTO, qua cầu phân áp cấp cho IC4013.
- Ban đầu khi chân số 2 ở mức cao, sẽ kích Fet Q2 dẫn, chân số 2 được nối với
số 9 keo theo chân 13 lên mức cao, kích Fet Q3 dẫn. Chân 13 được nối với
chân số 5 sẽ kéo theo chân số 1 lên mức cao kích Fet Q1 dẫn. Khi đó chân 2
ở mức thấp kéo theo chân 12 ở mức cao kích Fet Q4 dẫn. Vậy thứ tự dịch
xung là Q2, Q3, Q1, Q4.
3.4. Khối van khí và đảo chiều van
12V
J11
VAN_KHI
1
2
C22
104
D29
LED
LS10
RELAY _DAO_VAN
3
4
5
6
8
7
1
2
D36
1N4007
VAN_3
R61
4.7K
ISO14
OPTO
12
34
0
24V
OUT_VAN
ON_VAN_KHI
12V
- Tín hiệu điều khiển van khí từ PLC điều khiển qua OPTO cách ly với 12V
- Dùng RELAY đảo chiều để đảo chiều van khí

Trang 68
3.5. Khối công tắc hành trình.
D33
LED
CONGTAC1
R64
4.7K
R69 100 CT1_PLC
ISO16
OPTO
12
34
24V
O
Khi công tắc hành trình tích cực thì tín hiệu 24V từ công tắc hành trình qua
Opto cách ly cấp tín hiệu cho PLC
3.6. Khối cảm biến.
J36
CON6_SENSOR_IN78
1
2
3
4
5
6
24V
D71
LED
R136
100
24V
R142
100
SENSOR_PLC_8
R135
4K7
SENSOR_PLC_7
ISO39
OPTO
12
34
24V
24V
R137
4K7
D70
LED
24V
24V
ISO38
OPTO
12
34
Khi cảm biến phát hiện tín hiệu đưa ra mức thấp qua Opto cách ly đưa tín
hiệu 24V cho PLC.
SENSOR_PLC_5
R93
10K SIP9
12
3
4
5
6
7
8
9
SENSOR_PLC_1
SENSOR_PLC_6
SENSOR_PLC_2
SENSOR_PLC_7
SENSOR_PLC_3
SENSOR_PLC_8
SENSOR_PLC_4
CT3_PLC
CT6_PLC
CT5_PLC
R76
10K SIP9
12
3
4
5
6
7
8
9
CT4_PLC
CT1_PLC
CT2_PLC
SENSOR_PLC_4
SENSOR_PLC_5
SENSOR_PLC_1
SENSOR_PLC_6
J15
SENSOR_IN_PLC
1
2
3
4
5
6
7
8
SENSOR_PLC_2
SENSOR_PLC_7
SENSOR_PLC_3
SENSOR_PLC_8
CT4_PLC
CT2_PLC
CT3_PLC
CT6_PLC
J23
CON_CTAC_IN_PLC
1
2
3
4
5
6
CT5_PLC
CT1_PLC

Trang 69
CHƯƠNG III
LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT VÀ CHƯƠNG TRÌNH
1. Chương trình chính:
Y
N
Begin
Nạp số chai ban đầu = 0
Gọi chương trình con kiểm
tra vị trí ban đầu của tay máy
start
Gọi chương trình điều khiển
băng chuyền 1 khâu rót nước
Gọi chương trình điều khiển băng
chuyền 2 khâu đặt nắp chai
băng chuyền 3 khâu vặn nắp
băng chuyền 4, 5 và tay máy
Stop
Dừng 5 băng chuyền

Trang 70
* Chương trình:

Trang 71

Trang 72
2. Băng chuyền 1 : Rót nước vào chai
Bơm 5s
N
Y
Dừng bơm nước
Delay 1s
Cảm biến 1
N
Y
Begin BC1
Delay 0.5s
KĐ bơm nước
Delay 0.5s
Dừng băng chuyền 1
Mở van khí 3
Đóng van khí 3 Chạy lại băng chuyền 1

Trang 73
Khi có chai được cấp vào thì băng chuyền 1 sẽ đưa chai đến vị trí cảm biến
châm nước băng chuyền sẽ dừng lại ,lúc này bộ phận chiết nước sẽ được hạ xuống bởi
Van khí 3 và động cơ chiết nước sẽ chiết nước vào chai (thời gian có thể thay đổi được
tùy theo thể tích của chai). Mức nước trong chai sẽ được định khoảng một thời gian
Delay .Nếu chai được bơm đầy thì hệ thống chiết nước sẽ được nâng lên và băng
chuyền 1 sẽ được set để đưa chai tới băng chuyền 2. Băng chuyền 2 sẽ đưa chai tới hệ
thống đặt nắp chai.
* Chương trình:

Trang 74

Trang 75

Trang 76
3. Băng chuyền 2 : Bộ phận đặt nắp chai
Begin BC2
Cảm biến 2
N
Y
Delay 0.5s
Delay 0.5s
Delay 0.5s
Dừng băng chuyền 2
Mở van khí 5
PLC xuất xung 90
độ
Delay 0.5s
Mở van khí 2
Delay 0.5s
Đóng van khí 2
Đóng van khí 5
Delay 0.5s
KĐ băng chuyền 2

Trang 77
Khi cảm biến 2 phát hiện có chai thì băng chuyền 2 sẽ dừng lại và hệ thống đặt
nắp chai sẽ được hạ xuống. Động cơ bước sẽ quay 1 góc đúng bằng 90 độ để đưa nắp
chai vào đúng vị trí cần thiết, đồng thời xilanh 2 sẽ được set để đóng nút chai vào
miệng chai. Sau đó hệ thống đặt nắp chai sẽ được nâng lên, băng chuyền 2 sẽ được set
trở lại để đưa chai tới băng chuyền 3.
* Chương trình:

Trang 78

Trang 79

Trang 80

Trang 81
4. Băng chuyền 3 : Bộ phận vặn nắp chai
Begin 3
Cảm biến 3 N
Delay 0.5s
Delay 0.5s
Delay 0.5s
Dừng băng chuyền
1
Mở van khí 4
Tắt motor vặn nắp
Đóng van khí 6
Delay 0.5s
Đóng van khí 9
KĐ băng chuyền 3
Mở van khí 9
Mở van khí 6
KĐ motor
vặn nắp
Delay 1s

Trang 82
Khi băng chuyền 3 đưa chai đến vị trí cảm biến 3 thì băng chuyền 3 sẽ dừng lại.
Hệ thống vặn nắp sẽ được hạ xuống. VK6 và VK9 sẽ được mở để ép chặt nắp chai từ
hai bên, lò xo sẽ ép nắp chai từ phía trên. Động cơ vặn nắp sẽ quay trong 1 khoảng thời
gian nhất định để vặn chặt nút chai. Sau đó hệ thống vặn nắp sẽ từ từ được nâng lên và
băng chuyền 3 sẽ hoạt động trở lại để đưa chai tới băng chuyền 4.
* Chương trình:

Trang 83

Trang 84

Trang 85

Trang 86
5. Băng chuyền 4, 5, tay máy:
T= DC duoi
Dừng Đ/C tay máy dưới, khởi
động Đ/C tay máy trên
Encoder đếm
đủ xung
N
Y
Dừng Đ/C tay máy trên
Delay 0.5s rồi đẩy pittong tay may trên
và dưới xuống vị trí tương ứng trong
hộp
Delay 0.5s rồi nhả pittong kẹp
chai ra để chai vao hộp
Delay 0.5s rồi nhả pittong tay may trên
và dưới về vị trí ban đầu
Bật đảo chiều động cơ tay máy
Delay 0.5s rồi khởi động Đ/C tay
máy trên
Begin 4
Cảm biến 4
N
Y
Tăng bit đếm lên 1
Delay 0.5s rồi dừng băng chuyền 4
Delay 0.5s tiếp và đẩy pittong cánh tay dưới xuống
Delay 0.5s tiếp và kích cho pittong kẹp chai xuống để
kẹp sản phẩm
Cảm biến 5
N
Y
Rút pittong cánh tay dưới lên, gọi chương
trình con “Nạp Delay - Encoder”
Khởi động động cơ tay máy dưới

Trang 87
6. Băng chuyền 5:
Encoder đếm đủ
N
Y
Dừng động cơ tay máy trên
Bit đếm = 1 or 3
Delay 0.5s và Tắt đảo
chiều động cơ tay máy
Khởi động động cơ tay máy dưới
Dừng động cơ tay máy dưới
Delay 0.5s và Tắt đảo
chiều động cơ tay máy
Công tắc HT
N
Y
Số đếm = 0
Khởi động băng chuyền 5
Begin 5
Cảm biến 5
N
Y
Delay 0.5s rồi dừng băng tải 5 để nhận sản
phẩm từ tay máy
Số đếm = 4
N
Y
Tay máy trở về vị trí
ban đầu
N
Y

Trang 88
Khi băng chuyền 4 đưa chai đến vị tri cảm biến 4 thì tay máy sẽ kẹp lấy chai
(tay máy lúc này đã chờ sẵn ở vị trí gắp chai). Chai sẽ không được gắp cho đến khi có
thùng đi qua băng chuyền 5 và được cảm biến 5 xác nhận. Lúc đó băng chuyền 5 sẽ
dừng lại và tay máy sẽ gắp chai đến đặt vào vị trí đầu tiên trong hộp (có tất cả 4 vị trí).
Khi tay máy đã gắp đủ 4 chai thì băng chuyền 5 sẽ được set để tải hộp ra ngoài. Tay
máy sẽ tự động quay về vị trí cố định ban đầu để chờ chai tiếp theo
* Chương trình:

Trang 89

Trang 90

Trang 91

Trang 92

Trang 93

Trang 94
SYMBOL TABLE
CAM_BIEN_1 I0.6 CAM BIEN PHAT HIEN CHAI BOM NUOC
CAM_BIEN_2 I0.1 CAM BIEN PHAT HIEN CHAI DE DAT NAP
CAM_BIEN_3 I0.2 CAM BIEN PHAT HIEN CHAI DE VAN NAP
CAM_BIEN_4 I0.3 CAM BIEN PHAT HIEN CHAI DE TAY MAY
GAP
CAM_BIEN_5 I0.4 CAM BIEN PHAT HIEN THUNG
CB_DUNG I0.7
CONG_TAC I0.5 CONG TAC HANH TRINH TAY MAY DUOI
START I1.0
STOPP I1.1
CTHT_TREN I1.2 CONG TAC HANH TRINH TAY MAY TREN
ENCODER I0.0
STEP Q0.0
DAO_CHIEU_1 Q0.1 DAO CHIEU TAY MAY TREN
TAY_MAY_TREN Q0.2
DAO_CHIEU_2 Q0.3 DAO CHIEU TAY MAY DUOI
BANG_CHUYEN_1 Q0.4
TAY_MAY_DUOI Q0.5
BANG_CHUYEN_2 Q0.6
BANG_CHUYEN_3 Q0.7
BANG_CHUYEN_4 Q1.0
BANG_CHUYEN_5 Q1.1
VAN_KHI_1 (VK1) Q2.0 VAN TAY MAY TREN CUNG
VAN_STEP_TREN (VK2) Q2.1
VAN_KHI_DO_NUOC(VK3) Q2.2 TREN BANG CHUYEN 1. EP XUONG DE DO
H2O
VAN_KHI_EP_CHAI(VK4) Q2.3 EP XUONG DE VAN NAP
VAN_STEP_DUOI (VK5) Q2.4
VAN_KHI_VAN_NAP_1(VK6) Q2.5 VAN KEP NAP
VAN_KEP_CHAI(VK7) Q2.6
VAN_KHI_2_3(VK8) Q2.7 VAN TAY MAY DUOI
MOTOR_BOM_H2O Q3.0
MOTOR_VAN_NAP Q3.1
VAN_KHI_VAN_NAP2(VK9) Q3.3

Trang 95
CHƯƠNG IV
PHỤ LỤC
Chương trình tổng hợp

Complete

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Complete

Similar to Complete (20)

Complete