Đề tài Thiết kế mô hình chiết chai di động

t phạm vi cho phép vì điều này phụ thuộc vào tốc độ đáp ứng của động cơ và tần số kích xung được làm bằng mạch phần cứng. Nhìn chung băng chuyền có thể đáp ứng được với tốc độ vừa và nhỏ, với tần số kích khoảng 50 Hz trở xuống. Điều này cũng hợp lý đối với thực tế vì băng chuyền tải chai cần phải có độ ổn định cao để giữ cho vật được tải không bị ngã, nên không thể chạy với tốc độ cao được. 
CHƯƠNG II
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ MẠCH GIA CÔNG TÍN HIỆU
Hệ thống điều khiển valve
Khâu hồi tiếp
Bộ HC
Chấp hành
Đối tượng
Pđo
Pđặt
Khâu hồi tiếp
Xung từ Encoder
PLC
Mạch gia công tín hiệu
Xung PWM
Xung Encoder
Động cơ DC
Mạch gia công tín hiệu 
Mạch gia công tín hiệu xung từ Encoder
Encoder chỉ có đĩa mã và LED quay (thu / phát) nên xung tạo ra cố định biên độ £ 5V, muốn đưa xung này vào PLC để đếm xung thì phải qua optron để nâng áp lên 24V vì PLC dùng áp vào 24V DC. Ta có mạch gia công như sau:
Để dòng qua led khoảng 5mA:
® 
Dòng qua optron khoảng 10mA:
Chọn: R1 = 470 W
 	R2 = 3,3 k 
CHƯƠNG III
THIẾT KẾ MẠCH PHẦN CỨNG
Mạch tạo xung vuông
	Xung vuông được tạo ra từ IC LM555.
Thời gian có xung được xác định bằng thời hằng RC của mạch.
Vcc (chân số 8): IC 555 hoạt động an toàn với Vcc từ 5V đến 15V. Khả năng dòng và áp ở ngõ ra tăng rõ rệt theo Vcc.
Ra (chân số 3): Dòng và áp ra phụ thuộc vào nguồn Vcc và sự bão hòa của các Transistor ở bên trong IC 555. Ở Vcc=5V mức thấp khoảng 0.25V khi đó dòng nhận là 5 mA, mức cao ra khoảng 3.3V. Ở Vcc=12V, Io=200mA, điện áp tăng lên vài volt.
Điện thế điều chỉnh Vc (chân 5): ngõ này không dùng, thường rẽ dòng bởi 1 tụ 0.1mF để làm giảm ảnh hưởng của nhiễu.
Nảy (chân 2): IC 555 được nảy khi điện thế ở ngõ nảy trên từ 1/3Vcc xuống dưới mức này. Sự nảy nhạy cảm với mức nên các dạng sóng thay đổi chậm, tín hiệu nảy phải ngắn hơn thời gian của xung ra để IC 555 có thể được nảy lại.
Thềm ngưỡng (chân 8): đặt ở điện áp 2/3 Vcc.
RESET (chân 4): không dùng Reset, nên nối lên nguồn Vcc để tránh mạch bị reset do nhiễu.
Xả: tụ được xả về qua ngõ chân số 7.
Mạch tạo xung dạng Astable:
Hoạt động:
Khi Vo ở mức cao, tụ C sẽ nạp qua R từ ngõ ra khi Vc=2/3Vcc thì bộ so sánh tác động làm V0 xuống mức thấp.
Tụ C xả qua R và ngõ ra làm Vc giảm. Khi Vc=1/3Vcc thì bộ so sánh tác động làm V0 lên mức cao.
Và tụ C lại nạp qua R quá trình lặp lại liên tục để tạo xung ra.
Do tụ C nạp xả với cùng một thời hằng nên độ rộng phần có xung bằng với độ rộng phần không xung.
Chu kỳ dao động: T = .R.C 	® f = 
Nhược điểm của mạch này là: Độ ổn định không cao (do nạp xả qua ngõ ra).
Để có tần số f = 1 kHz
Chọn C = 1mF
Þ R = 707 ® dùng biến trở 2k.
Dạng xung ra
Mạch kích động cơ bước:
Ta có sơ đồ mạch kích:
Q0
Q1
Q2
Q3
Để tạo ra xung kích như trên, ta cho xung vuông tạo ra từ IC LM555 vào mạch kích hai IC 7474 để dịch xung theo từng bước, đáp ứng nhu cầu cần dùng.
Sau đây là sơ đồ mạch kích động cơ bước:
Hoạt động: 
Xung vuông từ IC LM555 được dùng làm xung CK cho hai IC 7474 kích theo kiểu bộ đếm xong xong không đầy đủ:
0000 _1000 _0100 _0010 _0001 _1000 _ ¼
Mạch điều khiển động cơ bước
Sơ đồ mạch động lực
Mạch nguyên lý.
Phân tích và thiết kế
Nguyên lý
Khi ngõ vào ở mức +5V Q6 dẫn, Q4 tắt.
Khi ngõ vào ở mức 0V Q6 tắt, Q4 dẫn.
Các transistor công suất không được dẫn đồng thời trong giai đoạn chuyển tiếp Các tụ điện C1, C2 được thêm vào nhằm mục đích tránh hiện tượng trùng dẫn cho các transistor công suất.
Trên sơ đồ chỉ là khối điều khiển công suất cho một pha của động cơ bước. Khi điều khiển động cơ bước thì cần 4 khối như trên vì động cơ bước được điều khiển bởi 4 pha.
Tính toán
Nguồn cung cấp là Vcc= 24V.
Ngõ vào được lấy từ mạch kích xung động cơ bước được giới thiệu ở trên.
Q1 ở trạng thái bão hòa:
Dòng IB cấn thiết để Q1 bão hoà là:
 8.80mA £ IB £ 82mA 
	Điện trở cực B cần thiết để Q1 bão hòa là:
	8.5kW £ Rb £ 79.5kW
	 Þ chọn Rb = 10kW
Phương trình nạp xả tụ:
Phương trình nạp:
Phương trình xả:
Khi Q1 tắt tụ C1 được nạp qua R2=4.7k và R3=10k.
t1=14,7.103.10-6=14,7ms.
	Đạt xác lập ở t = 3.t1 = 44.1ms
	Khi Q1 dẫn bão hòa, tụ C1 xả qua R3 = 10k xuống mass điện áp ở cực B của Q2 có dạng như sau:
	Điện áp ở cực B của Q2
Khi Q1 tắt tụ C2 được nạp qua R2=4,7k
t2 = 4,7.103.10-6 = 4,7ms
Đạt xác lập ở t = 3.t2 = 14.1ms
	Khi Q1 dẫn bão hòa, tụ C2 xả thẳng xuống mass điện áp ở cực B của Q3 có dạng như sau:
	Điện áp ở cực B của Q2
Tính toán cho Q2:
Q2 dẫn bão hòa khi VB2 > VE2
Khi Q2 tắt, VE2 = VCC – (R5 + R4)ICBO
Dòng qua transistor công suất
Dòng qua transistor công suất có dạng xung vuông như sau:
T
TON
	Dòng qua transistor công suất.
Trị trung bình điện áp trên tải:
Theo sơ đồ xung kích của động cơ thì 
.
 Utb = 1/4.24 = 6V.
Dòng trung bình qua transistor công suất:
.
ÞThoả điều kiện hạn dòng của động cơ (0.75A).
Tính toán công suất cho transistor:
Công suất tiêu tán trung bình trên transistor:
Ptb = R.I2 = (5+4). (0.67)2 = 4.04 (W): khá nhỏ hơn so với công suất cực đại của transistor nên linh kiện được bảo vệ an toàn.
Khối mạch kích động cơ bước
Ưùng với 4 xung kích cho động cơ bước ta có khối mạch điều khiển động cơ bước như sau:
Mạch điều khiển động cơ DC
Sơ đồ điều khiển
Nguyên lý hoạt động
Khối này có nhiệm vụ nhận các tín hiệu điều khiển và tín hiệu điều rộng xung từ PLC để lái họat động của động cơ. Khối này được thiết kế theo nguyên lý chopper sử dụng mạch cách ly để đãm bảo an toàn vì mạch này hoạt động ở những cấp điện áp khác nhau .
- Tín hiệu điều khiển mạch động lực: là 2 tín hiệu từ khối điều khiển:tín hiệu điều rộng xung lấy từ PLC và tin hiệu đảo chiều quay của động cơ.
- Để thực hiện được cách điều khiển này, ta xuất hai xung điều rộng từ PLC với độ rộng khác nhau. Một xung điều khiển động cơ quay thuận và xung còn lại điều khiển động cơ quay ngược.
Các tín hiệu này sau khi qua khối xung kích sẽ tác động lên các công tắt bán dẫn.
- Ơû đây ta sử dụng điện trở 470k vừa làm điện trở kéo lên nguồn vừa làm điện trở phân cực cho transistor C828. Khi tín hiệu chọn chiều quay được cho phép (mức1 ) thì tín hiệu điều rộng xung được đưa ra và tùy theo tín hiệu chiều rộng xung, transistor sẽ được phân cực thuận cho phép dòng điện qua làm tín hiệu kích các Opto-transistor.
Khi tín hiệu chọn chiều quay thuận tích cực mức 1, thì tín hiệu ở mức cao các Opto-transistor U1VÀ U4 được kích sẽ tác động lên các van dẫn (Q9,Q10, ) và(Q3,Q4, ) làm cho động cơ quay theo chiều thuận. 
Khi tín hiệu chọn chiều quay ngược tích cực mức 1,thì cho phép tín hiệu điều động xung qua. Khi đó các Opto-transistor U2 và U3 được kích sẽ tác động lên các van dẫn (Q5,Q6, ) và(Q7,Q8, ) điều khiển đảo chiều điện áp làm cho động cơ quay theo chiều nghịch.
trong cả 2 trường hợp động cơ quay thuận hay nghịch thì biểu thức tính điện áp trung bình cấp cho phần ứng động cơ là :
	 Utt = 
 Với : 	T: chu kỳ xung điều rộng 
CHƯƠNG IV
THIẾT KẾ PHẦN MỀM
Giải thuật
Giải thuật điều khiển tổng quát
Khởi động băng chuyền
Cảm biến I0.3 = 1
N
Cảm biến quang = 0
Điều khiển động cơ DC để hệ thống valve chạy theo băng chuyền
Đọc xung từ Encoder 1 đếm xung từ hệ thống valve
Đọc xung từ Encoder 2 đếm xung từ hệ thống băng chuyền
Hiệu chỉnh PID số
N
Y
Y
N
Cảm biến I0.2 = 1
Trở về điểm khởi dầu
Y
 END
Đưa hệ thống valve về điểm khởi đầu
Start
Giải thuật đọc xung từ Encoder 1
Khởi động HSC 1
Đếm tiến theo sườn lên xung A, B lấy từ Encoder 1
PV = CV
Giá trị đặt = giá trị điểm
N
Nhập giá trị bộ đếm
Đếm lùi theo số xung đặt trước
PV = CV
N
Y
Y
Giải thuật đọc xung từ Encoder 2 gắn với băng chuyền
Băng chuyền chuyển động đều, khoảng cách giữa hai chai là như nhau. Ta có giải thuật đọc xung về từ Encoder 2 như sau:
Khởi động HSC 2
Đếm tiến theo sườn lên xung A
lấy từ encoder 2
CV = PV
N
Y
Reset bộ đếm
Giải thuật điều rộng xung PWM
Xuất xung chạy thuận cho động cơ DC
Khởi động PWM
Khởi động xuất xung điều rộng ra ngõ Q0.0
Cảm biến I0.3 = 1
Xuất xung
Cảm biến I0.2 = 1
Ngưng xuất xung
N
Y
N
Y
 END
Xuất xung chạy về điểm khởi đầu
Khởi động PWM
Khởi động xuất xung điều rộng ra ngõ Q0.1
Cảm biến I0.2 = 1
Xuất xung
Cảm biến I0.3 = 1
Ngưng xuất xung
N
Y
N
Y
 END
Hiệu chỉnh PID
Vì PLC S7_200 hổ trợ PID nên ta không cần tính toán hàm PID để tìm hàm KP,, KI,, KD mà ta lấy khâu PID để tính toán luôn. Ta có giải thuật như sau:
Khởi động PID
Nhập thông số ban đầu
KP = 1, KI = 1, KD = 1
Phân tích chuyển động
Tính toán PID
Đưa ra thông số mới
Đồng bộ tốc độ
 END
Tính toán PID số
Nhập giá trị vào
Chuyển từ số nguyên 32 bit sang số thực
Lấy giá trị từ 0 ® 1
Đưa vào PID
Xuất ra ngõ ra SMW70
 END
Xuất ra tại giá trị điều rộng xung cho động cơ DC khi chạy thuận.
Tốc độ trục = Tốc độ băng chuyền
Khâu PID
Thu nhập số liệu
Tốc độ trục
Tốc độ băng chuyền
N
Đồng bộ tốt thu thập thông số KP, KI, KD
Y
 END
Start
Đồng bộ tốc độ
II. CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN