ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG CƠ KHÍ ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÔN HỌC Thiết kế hệ thống điều khiển cho bàn máy CNC PHAN ĐỨC ANH Anh.pd184344@sis.hust.edu.vn Ngành Cơ điện tử-CĐT05-K63 Chuyên ngành: Thiết bị tự động Giảng viên hướng dẫn: TS. Phạm Minh Hải Chữ ký của GVHD Bộ môn: Công nghệ chế tạo máy Trường: Cơ khí HÀ NỘI, 2-2023 1
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI SME.EDU - Mẫu 6.a VIỆN CƠ KHÍ Học kỳ: Bộ môn Cơ điện tử Năm học: 20 - 20 ĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Mã HP: ME5512 Thời gian thực hiện: 15 tuần; Mã đề: VCK02-… Ngày …/…/20… Ngày …/…/20… Ngày …/…/20… ĐƠN VỊ CHUYÊN MÔN NGƯỜI RA ĐỀ CB Hướng dẫn (ký, ghi rõ họ tên) (ký, ghi rõ họ tên) (ký, ghi rõ họ tên) Ngày giao nhiệm vụ: …/…/20…; Ngày hoàn thành: …/…/20… Họ và tên sv:…………….………………MSSV: ………… Mã lớp: ………… Chữ ký sv: …… I. Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế hệ thống điều khiển cho bàn máy CNC II. Số liệu cho trước: 1- Ray dẫn hướng trục Z 2- Cột đứng máy phay 3-Gối đỡ vít me bi kèm gá động cơ trục X 4- Ray dẫn hướng trục X 5- Thân máy 6- Vít me bi trục X 7- Gối đỡ vít me bi trục Y 8- Ray dẫn hướng trục Y 9- Bàn Y 10- Bàn X (đặt chi tiết gia công) 11- Cụm trục chính 12- Cụm trục Z 13- Vít me bi trục Z 1. Loại máy CNC: Phay 2. Chế độ cắt thử nghiệm tối đa SVT: ……………… 2
3. Khối lượng lớn nhất của chi tiết M (300 / 500 / 700 kg): ………………. 4. Vận tốc chạy lớn nhất khi không gia công V1 (18 / 20 / 25 m/ph): ………………. 5. Vận tốc chạy lớn nhất khi gia công có lực V2 (10 / 12 / 15 m/ph): ……………… 6. Gia tốc hoạt động lớn nhất của hệ thống a (0,4g / 0,50g m/s2): ……………… 7. Thời gian hoạt động: 05 đến 07 năm 8. Cho trước các kết cấu của cụm bàn máy X và Y để gắn vít me bi và ray dẫn hướng có thể tham khảo từ trang web: http://www.mediafire.com/?bwfr2l5xel69kj5 9. Cho trước tài liệu của hãng sản xuất vit me bi và ray dẫn hướng. 10. Cho trước tài liệu của hãng sản xuất động cơ. III. Nội dung thực hiện: 1. Phân tích nguyên lý và thông số kỹ thuật hệ thống điều khiển - Tổng quan về hệ thống điều khiển - Nguyên lý hoạt động hệ thống điều khiển - Xác định các thành phần cơ bản và thông số/yêu cầu kỹ thuật của hệ thống điều khiển 2. Thiết kế hệ thống điều khiển - Xây dựng mô hình toán học cho 1 trục dẫn động - Xây dựng sơ đồ khối và xác định hàm truyền - Khảo sát tính ổn định của hệ thống - Lựa chọn các thiết bị điều khiển: cảm biến, động cơ,… - Xây dựng bản vẽ mạch điều khiển, giao diện AD/DA 3. Mô phỏng hoạt động hệ thống điều khiển - Mô phỏng bằng MATLAB-SIMULINK (vị trí, tốc độ, gia tốc của trục) - Phân tích, đánh giá các chỉ tiêu chất lượng 4. Lập trình điều khiển - Chọn ngôn ngữ lập trình điều khiển - Lập trình điều khiển cho trục chuyển động 3
BẢNG SỐ LIỆU CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ Đề số SVT M V1 V2 a Ghi chú Phay mặt đầu, 6 lưỡi cắt, D=80mm, JIS, S45C, Grade VCK02-1 300 18 15 0,4 4040, v=100m/ph, t=1,2mm, F=900mm/ph VCK02-2 nt 500 18 15 0,4 VCK02-3 nt 700 18 15 0,4 VCK02-4 nt 300 20 15 0,4 VCK02-5 nt 500 20 15 0,4 VCK02-6 Nt 700 20 15 0,4 VCK02-7 Nt 300 18 12 0,5 VCK02-8 Nt 500 18 12 0,5 VCK02-9 Nt 700 18 12 0,5 VCK02-10 Nt 300 20 12 0,5 VCK02-11 Nt 500 20 12 0,5 VCK02-12 Nt 700 20 12 0,5 Phay mặt đầu, 8 lưỡi cắt, D=80mm, JIS, SUS440C, VCK02-13 300 25 15 0,4 Grade 4040, v=100m/ph, t=0,8mm, F=900mm/ph VCK02-14 Nt 500 25 10 0,4 VCK02-15 Nt 700 25 10 0,4 VCK02-16 Nt 300 25 10 0,5 VCK02-17 Nt 500 25 10 0,5 VCK02-18 Nt 700 25 10 0,5 VCK02-19 Nt 300 18 15 0,4 VCK02-20 Nt 500 18 15 0,4 VCK02-21 nt 700 18 15 0,4 VCK02-22 Nt 300 20 10 0,4 4
Contents Lời mở đầu....................................................................................................................................................7 Chương 1 : Nguyên lý ,các phần tử cơ bản và thông số kỹ thuật trong hệ điều khiển bàn máy CNC..........7 1.1- Nguyên lý hoạt động hệ thống điều khiển CNC bàn chạy dao ..........................................................7 1.2- Các phần tử cơ bản và thông số kỹ thuật..........................................................................................9 1.2.1- Encoder.......................................................................................................................................9 1.2.3- Thiết bị điều khiển ( PLC, Vi điều khiển…) ................................................................................13 1.2.4- Công tắc hành trình ..................................................................................................................15 Chương 2 : Khảo sát đáp ứng hệ thống và thiết kế bộ điều khiển .............................................................19 2.1.Mô hình hóa và phân tích chỉ tiêu đáp ứng của hệ thống................................................................19 2.1.1. Mô hình hóa hệ thống...............................................................................................................19 2.1.2. Hàm truyền cụm trục x .............................................................................................................23 2.1.3. Hàm truyền cụm trục y .............................................................................................................26 2.2. Phân tích các chỉ tiêu đáp ứng của hệ thống...................................................................................28 2.2.1. Kiểm tra ổn định và đáp ứng quá độ cụm trục x ......................................................................28 2.2.2. Kiểm tra ổn định và đáp ứng quá độ cụm trục y ......................................................................30 2.3. Thiết kế bộ điều khiển PID cho hệ thống.........................................................................................32 2.3.1. Giới thiệu về bộ điều khiển PID ................................................................................................32 2.3.2. Bộ thông số PID trục x...............................................................................................................36 3. Bộ thông số PID trục y.....................................................................................................................38 Chương 3 Mô phỏng chuyển động của các trục chạy dao..........................................................................40 3.1. Cơ sở về nội suy chuyển động chạy dao..........................................................................................40 3.1.1. Nội suy tuyến tính bằng phương pháp DDA.............................................................................40 3.1.2. Nội suy đường tròn bằng phương pháp DDA...........................................................................43 3.1.3. Quá trình thực hiện DDA trên máy CNC ...................................................................................48 3.2. Mô phỏng các chuyển động nội suy trên matlab Simulink..............................................................51 3.2.1. Mô phỏng chuyển động thẳng..................................................................................................51 3.2.2. Mô phỏng di chuyển theo cung tròn thuận chiều kim đồng hồ...............................................53 3.2.3. Mô phỏng di chuyển bàn máy theo cung tròn ngược chiều kim đồng hồ................................55 CHƯƠNG 4- LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN...........................................................................................................57 4.1 Xây dựng sơ đồ thuật toán điều khiển về HOME...........................................................................57 4.2 Cấu hình phần cứng và lập trình điều khiển....................................................................................59 4.2.1 Giới thiệu về PTO........................................................................................................................59 5
4.2.1.1 Ứng dụng của PTO.............................................................................................................59 4.2.1.2 Chế độ phát xung PTO ........................................................................................................60 4. 2.2 Cấu hình phần cứng và viết chương trình...............................................................................60 4.2.3 Danh sách các biến đầu vào và đầu ra......................................................................................64 4.2.4 - Chương trình PLC cơ bản........................................................................................................66 4.3- Lựa chọn các phần tử, thiết bị điều khiển.......................................................................................76 Kết luận.......................................................................................................................................................79 Tài liệu tham khảo.......................................................................................................................................80 6
Lời mở đầu Trong giai đoạn phát triển đi lên theo hướng hiện đại hóa, công nghiệp hóa sản xuất của đất nước ta hiện nay, thì việc sử dụng các loại máy móc hiện đại thay thế sức lao động của con người là xu hướng tất yếu để tăng năng xuất lao động, tạo được nhiều sản phẩm chất lượng cao phục vụ cuộc sống, giải phóng sức lao động con người. Trong công nghiệp để tạo ra các sản phẩm có chất lượng tốt, độ bền cao, mẫu mã đẹp và đảm bảo tiêu chuẩn, phục vụ nhu cầu cuộc sống, phát triển kinh tế thì cần phải có hệ thống sản xuất tự động bao gồm nhiều loại máy móc công nghiệp hiện đại khác nhau. Máy CNC (computer numerical controlled) là những công cụ gia công kim loại tinh tế có thể tạo ra những chi tiết phức tạp theo yêu cầu của công nghệ hiện đại. Phát triển nhanh chóng với những tiến bộ trong máy tính, ta có thể bắt gặp CNC dưới dạng máy tiện, máy phay, máy cắt laze, máy cắt tia nước có hạt mài, máy đột rập và nhiều công cụ công nghiệp khác. Thuật ngữ CNC liên quan đến một nhóm máy móc lớn sử dụng logic máy tính để điều khiển các chuyển động và thực hiện quá trình gia công kim loại. Bài báo cáo này sẽ trình bày chủ yếu về máy phay CNC có 3 trục chính Trong đề tài thiết kế hệ thống điều khiển cho bàn máy CNC này , em sẽ thực hiện việc mô hình hóa hệ thống bàn máy CNC về phương trình toán học(cụ thể là trong miền laplace), thể hiện được đặc tính động học và động lực học của hệ thống. Phân tích, đánh giá chất lượng đáp ứng của hệ thống dựa trên các chỉ tiêu chất lượng hệ thống . Từ những phân tích đánh giá và đặc tính của hệ thống cũng như điều kiện làm việc , tải trọng tác dụng ,… Em sẽ thiết kế ra một hệ thống điều khiển sao cho phù hợp và đáp ứng được các yêu cầu tối thiểu của hệ thống đặt ra. Do kiến thức còn hạn hẹp và kinh nghiệm thiết kế không nhiều , bản báo cáo này khó tránh khỏi những thiếu xót nên em rất mong muốn có được sự góp ý của thầy cô. Lời cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy: TS. Phạm Minh Hải bởi sự chỉ bảo và giúp đỡ tận tình để em hoàn thành bản báo cáo đồ án này. Chương 1 : Nguyên lý ,các phần tử cơ bản và thông số kỹ thuật trong hệ điều khiển bàn máy CNC 1.1- Nguyên lý hoạt động hệ thống điều khiển CNC bàn chạy dao Nguyên lý hoạt động của hệ thống điều khiển CNC bàn chạy dao như sau: 7
Hệ thống các cảm biến sẽ đo đạc các thông số của bàn máy như tốc độ, vị trí bàn máy, gia tốc bàn máy, từ đó chuyển về bộ điều khiển để có thể xác định chính xác được tình trạng của bàn máy. Đồng thời dựa vào chương trình được lập trình, hệ thống điều khiển sẽ đưa ra được các tín hiệu điều khiển chính xác tới các cơ cấu chấp hành như động cơ servo, v.v.. Và sau khi đưa ra tín hiệu điều khiển, bộ điều khiển còn nhận về các tín hiệu phản hồi từ các cơ cấu chấp hành như encode, v.v., để xác định xem cơ cấu chấp hành đã thực hiện đúng tín hiệu điều khiển đưa ra chưa để tiếp tục điều chỉnh. Hình 1.1- Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển kín Trong H1.1, có 1 hệ thống phản hồi (Feedback Elements) thu thập đầu ra của thiết bị chấp hành, qua 1 bộ phát hiện lỗi (Error Detector) để so sánh, đối chiếu và gửi về cho bộ điều khiển (Controller), từ đó có thể giúp bộ điều khiển liên tục thay đổi tín hiệu điều khiển. Có tín hiệu phản hồi, bộ điều khiển sẽ kích hoạt các kế hoạch điều khiển (Plant) được cài đặt trước, từ đó điều chỉnh tín hiệu phản hồi để đạt được đầu ra mong muốn. Do đó, các hệ thống này còn có tên là hệ thống điều khiển tự động. Ví dụ tốt nhất về hệ thống điều khiển vòng kín là hệ thống điều khiển nhiệt độ của điều hòa. Nhờ có 1 cảm biến nhiệt độ mà bộ điều khiển điều hòa luôn điều chỉnh bộ làm mát nhằm đạt được nhiệt độ cố định 8
Hình 1.2- Ví dụ về điều khiển vòng hở Hệ thống điều khiển vòng hở còn được gọi với cái tên là hệ thống điều khiển không phản hồi. Đây là một dạng nhằm giải quyết tính toán đầu vào cho một hệ thống chỉ sử dụng dòng trạng thái và mô hình. Một đặc tính nổi trội của hệ thống này là không sử dụng hồi tiếp để xác định số liệu đầu ra có đạt được mục đích mong muốn của đầu vào hay không Điều này đồng nghĩa hệ thống này không giám sát đầu ra của quá trình mà tất cả các thiết bị đang điều khiển. Chính vì thế một hệ thống vòng hở thực sự không thể được sử dụng trong máy học và cũng không thể hiệu chỉnh bất kỳ sai số có thể mắc phải nào. Bên cạnh đó, các thiết bị cũng không thể bù nhiễu trong hệ thống. 1.2- Các phần tử cơ bản và thông số kỹ thuật Các phần tử cơ bản của hệ thống điều khiển bàn máy CNC đứng 3 trục bao gồm một số thành phần cơ bản sau : encode, động cơ, PLC hoặc vi điều khiển, cảm biến vận tốc, gia tốc,v.v.. Sau đây là phần trình bày chi tiết về các thành phần trên 1.2.1- Encoder Encoder là thiết bị dùng để phản hồi cho bộ điều khiển biết được vận tốc, góc quay, vận tốc góc của động cơ. Vì thế, nó đóng vai trò rất quan trọng, được ví như các giác quan của máy CNC. 9
Encoder hay còn gọi là bộ mã hóa quay hoặc bộ mã hóa trục, là một thiết bị cơ điện chuyển đổi vị trí góc hoặc chuyển động của trục hoặc trục thành tín hiệu đầu ra analog hoặc kỹ thuật số. Encoder được dùng để phát hiện vị trí, hướng di chuyển, tốc độ, v.v., của động cơ bằng cách đếm số vòng quay được của trục. Trong máy CNC encoder được dùng gia công cơ khí chính xác hoàn toàn tự động. Điều khiển và xác định các góc quay của dao hoặc bàn gá, hiển thị trên máy tính là đường thẳng hoặc góc bao nhiêu độ. H1.3 giới thiệu một loại encoder của hãng Kawangwoo Hình 1.3- Encoder của hãng Kawangwoo [*] Cấu tạo của encoder Encoder cấu tạo chính gồm: - Đĩa quang tròn có rảnh nhỏ quay quanh trục: Trên đĩa được đục lỗ (rãnh), khi đĩa này quay và chiếu đèn led lên trên mặt đĩa thì sẽ có sự ngắt quãng xảy ra. Các rãnh trên đĩa chia vòng tròn 360o thành các góc bằng nhau. Và một đĩa có thể có nhiều dãy rãnh tính từ tâm tròn. - Bộ cảm biến thu (photosensor) - Nguồn sáng (Light source). 10
Hình 1.4- Cấu tạo của encoder Nguyên lý hoạt động Khi đĩa quay quanh trục, trên đĩa có các rãnh để tín hiệu quang chiếu qua (Led). Chỗ có rãnh thì ánh sáng xuyên qua được, chỗ không có rãnh ánh sáng không xuyên qua được. Với các tín hiệu có/không người ta ghi nhận đèn Led có chiếu qua hay không. Số xung Encoder được quy ước là số lần ánh sáng chiếu qua khe. Ví dụ trên đĩa chỉ có 100 khe thì cứ 1 vòng quay, encoder đếm được 100 tín hiệu. Đây là nguyên lý hoạt động của loại Encoder cơ bản, còn đối với với nhiều chủng loại khác thì đương nhiên đĩa quay sẽ có nhiều lỗ hơn và tín hiệu thu nhận cũng sẽ khác hơn. 11
Hình 1.5- Nguyên lý hoạt động của encoder Cảm biến thu ánh sáng sẽ bật tắt liên tục, từ đó: - Tạo ra các tín hiệu dạng xung vuông. - Tín hiệu dạng xung sẽ được truyền về bộ xử lý trung tâm để đo đạc, xác định vị trí tốc độ của động cơ. 1.2.2- Động cơ Động cơ là cơ cấu chấp hành quan trọng của máy CNC. Nó là nguồn động lực giúp máy thực hiện các thao tác gia công và chịu sự điều khiển trực tiếp từ bộ điều khiển. Trước hết ta cần đi tìm hiểu các yêu cầu cơ bản khi chọn loại động cơ cho máy CNC Để đáp ứng các yêu cầu làm việc của máy CNC, động cơ của máy cần đáp ứng 1 số yêu cầu sau đây: - Không có hiện tượng tự quay, tự hãm khi ngắt điều khiển; - Đặc tính cơ và đặc tính điều khiển là phi tuyến; - Làm việc ổn định trong dải tốc độ làm việc; - Tác động nhanh; - Công suất điều khiển nhỏ; - Dễ điều khiển vô cấp; - Dãy điều khiển tốc độ rộng; - Điện áp khởi động nhỏ; - Độ tin cậy cao; - Kích thước nhỏ gọn. 12
Từ yêu cầu bên trên, người ta thường sử dụng động cơ secvo và động cơ bước cho các máy CNC, tùy vào yêu cầu cụ thể về công suất, tốc độ quay, hệ thống điều khiển. Cụ thể về các loại động cơ đã được trình bày ở đồ án 1. Với các yêu cầu của máy CNC và các thông số đề bài đưa ra, em quyết định chọn động cơ secvo cho máy CNC vì các lí do: độ chính xác khi điều khiển cao, có phản hồi về tốc độ, gia tốc, momen của động cơ, từ đó sẽ dễ dàng điều khiển và kiểm soát chế độ cắt. 1.2.3- Thiết bị điều khiển ( PLC, Vi điều khiển…) Các thiết bị điều khiển là nơi tập trung các dữ liệu đầu vào, tính toán, xử lý và phản hồi về các cơ cấu chấp hành như động cơ. Từ đó đáp ứng được các yêu cầu điều khiển. Đây được coi là bộ não của máy CNC. Trong máy CNC thì thiết bị điều khiển thường được sử dụng là PLC và vi điều khiển, ta sẽ tìm hiểu ở dưới đây. PLC Định nghĩa: - PLC là từ viết tắt của Programmable Logic Controller (Tiếng Việt: Bộ điều khiển Logic có thể lập trình được). Khác với các bộ điều khiển thông thường chỉ có một thuật toán điều khiển nhất định, PLC có khả năng thay đổi thuật toán điều khiển tùy biến do người sử dụng viết thông qua một ngôn ngữ lập trình. Do vậy, nó cho phép thực hiện linh hoạt tất cả các bài toán điều khiển. - Hiện nay có rất nhiều hãng sản xuất PLC như Siemens (Đức), Omron (Nhật Bản), Mitsubishi (Nhật Bản), Delta (Đài Loan) ... - Ngôn ngữ lập trình phổ biến là LAD (Ladder logic - Dạng hình thang), FBD (Function Block Diagram - Khối chức năng), STL (Statement List - Liệt kê lệnh) và Ladder logic là ngôn ngữ lập trình PLC đang được ưa chuộng nhất. Cấu trúc: 13
Tất cả các PLC hiện nay đều gồm có thành phần chính như sau: - Bộ nhớ chương trình RAM, ROM; - Một bộ vi xử lý trung tâm CPU, có vai trò xử lý các thuật toán; - Các modul vào /ra tín hiệu. Ưu điểm: - Dễ dàng thay đổi chương trình theo ý muốn; - Thực hiện được các thuật toán phức tạp và độ chính xác cao; - Mạch điện gọn nhẹ, dễ dàng trong việc bảo quản và sửa chữa; - Cấu trúc PLC dạng module, cho phép dễ dàng thay thế, mở rộng đầu vào/ra, mở rộng chức năng khác; - Khả năng chống nhiễu tốt, hoàn toàn làm việc tin cậy trong môi trường công nghiệp; - Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: Máy tính, nối mạng truyền thông với các thiết bị khác. Nhược điểm: - Giá thành phần cứng cao, một số hãng phải mua thêm phần mềm để lập trình. Vi điều khiển Định nghĩa: Vi điều khiển là một hệ thống nhúng khép kín với các thiết bị ngoại vi, bộ xử lý và bộ nhớ. Ngày nay, phần lớn hệ thống nhúng của vi điều khiển được lập trình để ứng dụng trong các thiết bị điện tử tiêu dùng, bao gồm cả máy móc, điện thoại, thiết bị ngoại vi, xe hơi, đồ dùng điện lạnh trong gia đình… Do đó, vi điều khiển còn có tên gọi khác là “Bộ điều khiển nhúng”. Một vi điều khiển có kết cấu gồm 2 đầu: đầu vào và đầu ra; bao gồm các cuộn dây, màn hình LCD, rơ le, chuyển mạch và cảm biến… nhằm cung cấp các dữ liệu như độ ẩm, nhiệt độ hay mức độ ánh sáng, mối tương tác, liên kết giữa những vi điều khiển với nhau. 14
Phân loại: Có rất nhiều loại vi điều khiển được lập trình khác nhau, chủ yếu chúng được phân loại và lập trình chuyên sâu theo một số thông số cơ bản, bao gồm Bits, kích thước Flash, kích thước bộ nhớ RAM, số lượng các dòng đầu vào / đầu ra, loại bao bì, cung cấp điện áp và tốc độ. Người dùng có khả năng tinh chỉnh các thông số kỹ thuật cần thiết trong bộ lọc tham số để vi điều khiển có thể cung cấp đúng loại dữ liệu mình cần. Các vi điều khiển đều có thiết kế chung gồm chân đầu vào/đầu ra. Số lượng các chân khác nhau tùy thuộc vào vi điều khiển). Chúng có thể được cấu hình với trạng thái để một đầu vào hoặc một phần mềm đầu ra. Ở đầu vào, các chân đầu vào có thể được sử dụng để đọc các tín hiệu từ bên ngoài hoặc các cảm biến tác động lên vi xử lý. Trong khi đó, các chân đầu ra được kết nối với thiết bị hiển thị kết quả bên ngoài như màn hình LED và động cơ. Trong máy CNC công nghiệp, người ta sử dụng PLC để điều khiển do điện áp điều khiển PLC cao hơn (24V), đầu ra có độ ổn định cao và khả năng điều khiển chính xác. Trong các máy CNC mini, có thể sử dụng các vi điều khiển nhằm tiết kiệm chi phí. 1.2.4- Công tắc hành trình Công tắc hành trình là thiết bị có chức năng cảnh báo cho bộ điều khiển biết rằng động cơ (bàn máy) đã đi đến đúng điểm đã yêu cầu hay chưa, từ đó giúp bộ điều khiển xác định được vị trí hiện thời của bàn máy để đưa ra các câu lệnh điều khiển phù hợp. Công tắc hành trình là gì Công tắc hành trình cũng như công tắc thường nhưng được trang bị thêm 1 cần gạt để giới hạn hành trình đi hoặc hoặc dùng để điều khiển một loại thiết bị điện nào khác. Ví dụ như tác động vào công tắc hành trình thì thiết bị sẽ dừng ngay tại vị trí đó hoặc cấp điện cho một thiết bị khác. 15
Cấu tạo công tắc hành trình - Bao gồm 1 cò đá (hay cần gạt) ở bên ngoài, bên trong có 3 chân và 1 Rơ le đóng ngắt; - Chân trái: cấp nguồn; - Chân giữa: thường đóng, sẽ mở khi nhấn nút; - Chân phải: thường mở, sẽ đóng khi nhấn nút. Hình 1.5- Cấu tạo cơ bản công tắc hành trình Nguyên lý hoạt động của công tắc hành trình Công tắc hành trình dùng để đóng mở mạch điện trong lưới điện, thay vì ta ấn nút bằng tay như công tắc thường thì nó sẽ được tương tác với 1 bộ điều khiển và Reley. Reley này chuyển thông tin về bộ điều khiển, sau đó tín hiệu đóng ngắt mạch điện sẽ tự động phản hồi. Có 3 chân trong công tắc hành trình, khi đóng mở mạch điện sẽ làm hở các tiếp điểm, có thể nối công tắc này với 2 thiết bị điện, đóng thiết bị này là mở thiết bị kia hoặc nếu chỉ dùng với 1 thiết bị thì chỉ có đóng/ngắt. Mục đích của nó là làm thay đổi hướng dòng điện đi vào các thiết bị điện. 16
Hình 1.6 -Cấu tạo bên ngoài của công tắc hành trình Như H1.6, chúng ta có thể thấy cấu tạo vô cùng đơn giản của công tắc hành trình. Bao gồm có: cần tác động, chân COM, chân thường đóng (NC), chân thường hở (NO). Nguyên lý hoạt động công tắc hành trình: ở điều kiện bình thường, tiếp điểm giữa chân COM và chân NC sẽ được đấu với nhau. Khi có lực tác động lên cần tác động thì tiếp điểm giữa chân COM + chân NC sẽ hở và chuyển qua chân COM + chân NO. Công tắc hành trình là thiết bị giúp chuyển đổi chuyển động cơ thành tín hiệu điện để phục vụ cho quá trình điều khiển và giám sát. Công tắc hành trình dùng để đóng cắt mạch điện ở lưới điện hạ áp. Nó có tác động tương tự nút ấn, chỉ khác là động tác ấn bằng tay sẽ được thay thế bằng động tác va chạm của các bộ phận cơ khí, từ đó quá trình chuyển động cơ khí thành tín hiệu điện. Ưu điểm của công tắc hành trình - Có thể sử dụng hầu hết trong các ứng dụng công nghiệp; - Đáp ứng tốt các điều kiện cần đến độ chính xác và có tính lặp lại; - Tiêu thụ ít năng lượng điện; - Có thể điều khiển nhiều tải. 17
Nhược điểm của công tắc hành trình - Hạn chế đối với những thiết bị có tốc độ chuyển động tương đối thấp; - Phải tiếp xúc trực tiếp với thiết bị; - Do phải tiếp xúc nên làm các bộ phận cơ khí bị mòn. Một số loại công tắc hành trình phổ biến Kiểu nút nhấn Loại này bao gồm 1 nút nhấn ở trên đầu công tắc, vỏ và đầu được làm từ kim loại có khả năng chịu được các tác động vật lý như va đập lớn. Như thông thường, công tắc hành trình kiểu nút nhấn vẫn có 3 chân. Ta gọi các chân này là các tiếp điểm, có 2 loại tiếp điểm, tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh. Tiếp điểm động là các tiếp điểm được nối liền với trục và nút nhấn, còn các tiếp điểm tỉnh thì nằm ở 3 chân và giử nguyên vị trí không thay đổi. Khi ta nhấn nút thì tiếp điểm động gắn với nút sẽ sụt từ chân này xuống chân kia làm đóng ngắt các mạch điện đi tới thiết bị. Cứ như vậy, thiết bị sẽ dừng hoặc hoạt động ngay khi ta nhấn nút. Loại này dùng cho các hành trình khoảng 10 mm. Kiểu tế vi Công tắc hành trình loại này dùng cho các trường hợp cần độ chính xác hành trình cao từ 0,3mm đến 0.7mm. Nó cũng bao gồm võ bọc bằng kim loại chịu va đập, gồm 2 tiếp điểm tĩnh và 1 tiếp điểm động. Tiếp điểm động gắn trên đầu của 1 lò xo lá( được làm bằng 1 lá kim loại thường là nhôm có tính đàn hồi ), khi bấm nút công tắc (nút này được gắn với 1 trục gắn với lò xo lá) làm lò xo bị biến dạng và bật xuống dưới, tiếp điểm động trên lò xo chạm vào tiếp điểm tĩnh thường đóng( còn gọi là chân dưới ) làm mạch điện kín, thiết bị điện hoạt động. Khi buông công tắc ra, lò xo lá nhờ tính đàn hồi nên trở về vị trí ban đầu, tiếp điểm động được gắn trên đầu lò xo nhờ đó mà cũng trờ về vị trí ban đầu dẫn đến mạch hở, thiết bị điện dừng ngay tại điểm hành trình. Kiểu đòn 18
Loại công tắc hành trình này được dùng cho các loại hành trình dài và cần chuyển đổi, cấu tạo của nó cũng phức tạp hơn 2 loại trên. Bao gồm các bộ phận: - Con lăn; - Đòn; - Lò xo; - Then khóa; - Tiếp điểm tĩnh; - Tiếp điểm động; - Đĩa quay; - Con lăn. Hình 1.7- Công tắc hành trình đòn Khi có lực tác động vào con lăn được gắn trên 1 cần (còn gọi là cò đá) lòi ra ngoài vỏ, đòn sẽ quay và nhờ lò xo sẽ làm bộ phận đĩa quay, các tiếp điểm được gắn với 1 trục bên trong kểt nối với đỉa quay là tiếp điểm động, gắn với võ cách điện và kết nối với dây dẫn ra thiết bị bên ngoài là tiếp điểm tỉnh. Đĩa này quay làm trục cũng quay, các tiếp điểm động trên trục tiếp xúc với các tiếp điểm tỉnh và gây ra hiện tượng đóng ngắt các mạch điện Chương 2 : Khảo sát đáp ứng hệ thống và thiết kế bộ điều khiển 2.1.Mô hình hóa và phân tích chỉ tiêu đáp ứng của hệ thống 2.1.1. Mô hình hóa hệ thống Mô hình các trục của bàn máy CNC được thể hiện như hình : Khi động cơ quay thì truyền chuyển động cho trục vít me, khi đó bàn máy sẽ di chuyển tịnh tiến trên trục vít me dẫn hướng bằng ray dẫn hướng . Động cơ truyền chuyển động cho trục vít me thông qua khớp nối và trục vít me được đỡ bởi hai ổ lăn 19
Hình 1.1 : Kết cấu cơ khí của các trục Mô hình toán được thiết lập trên cơ sở là hệ tuyến tính, trong đó trục vít me bi được coi là cứng vững tuyệt đối. Mô hình toán của các cụm trục được thể hiện như hình : Hình 1.2 Sơ đồ động của các trục Trong đó: - 𝐽1: Momen quán tính của trục ví me - D1: Hệ số cản nhớt của trục vít - 𝑓𝑚: Hê số ma sát của bàn máy - m: Khối lượng của bàn X và phôi - x: Lượng dịch chuyển của bàn x - K: Độ cứng của cả cụm truyền động , dẫn hướng (vít me , ổ bi , ray , nối trục ) - 𝑡𝑥: Bước vít me - Vận tốc góc của trục động cơ - : Góc quay của trục vít me Theo tài liệu Control Sytems Engineering thì động cơ được mô hình hóa : 20
Hiển thị 20 trang đầu. Tải tài liệu để xem đầy đủ.
Chưa có bình luận nào. Hãy là người đầu tiên!
Bình luận (0)
Chưa có bình luận nào. Hãy là người đầu tiên!