Nghiên cứu thiết kế chế tạo bộ cấp dây tự động điều khiển kỹ thuật số, tốc độ ra dây từ 1,5m-phút đến 15m-phút, dùng cho máy hàn mig-mag

1
VIỆN CÔNG NGHỆ









BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ CẤP DÂY TỰ
ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN KỸ THUẬT SỐ, TỐC ĐỘ RA DÂY TỪ
1,5M/PHÚT ĐẾN 15M/PHÚT, DÙNG CHO MÁY HÀN
MUG/MAG


CNĐT: NGUYỄN VĂN THỐNG

8325

HÀ NỘI – 2010

2





Lời mở đầu


Công nghệ hàn MIG, MAG là công nghệ hàn hồ quang trong môi trờng
khí bảo vệ và sử dụng điện cực nóng chảy là dây hàn. Việc áp dụng công
nghệ này cho chất lợng mối hàn tốt hơn so với công nghệ hàn bằng que
hàn, năng suất tăng lên nhiều lần. Vì vậy trong những năm gần đây việc ứng
dụng công nghệ hàn MIG, MAG vào sản xuất ngày càng tăng, tơng ứng với
nó là số lợng máy hàn MIG, MAG đợc sản xuất hàng năm cũng ngày càng
tăng.
Máy hàn MIG,MAG đợc sử dụng ở nớc ta chủ yếu là do nớc ngoài
chế tạo. Các máy này chủ yếu vẫn sử dụng bộ cấp dây tự động điều khiển
bằng kỹ thuật analog. Với kỹ thuật điều khiển analog thì không kiểm soát
đợc chính xác tốc độ ra dây, nên dễ gặp các sự cố nh ra dây sai tốc độ, tốc
độ ra dây không ổn định, ra dây không kịp thời, dừng ra dây không kịp thời,
đôi khi kẹt dây, làm ngời thợ khó hàn nên dễ ảnh hởng xấu đến chất lợng
mối hàn. Một vài cơ sở sản xuất máy hàn ở nớc ta cũng đã sản xuất máy
hàn MIG, MAG, nhng bộ ra dây tự động chủ yếu vẫn còn nhập từ nớc
ngoài.

Nhóm nghiên cứu mong muốn qua đề tài nghiên cứu thiết kế chế tạo
bộ cấp dây tự động điều khiển kỹ thuật số, tốc độ ra dây 1,5 15 m/phút
dùng cho máy hàn MIG, MAG sẽ đóng góp đợc một số kinh nghiệm về
ứng dụng kỹ thuật điều khiển bằng kỹ thuật số vào việc chế tạo bộ cấp dây tự
động, nhằm làm cho việc sử dụng máy hàn MIG, MAG dễ dàng hơn, có
nhiều tiện ích hơn qua đó góp phần nâng cao chất lợng mối hàn.













3



M
ỤC L ỤC


Tóm tắt nhiệm vụ . . . . . . . . . . . . . . . 3
Chương 1. Tổng quan . . . . . . . . . . . . . 4
1.1. Thiết bị hàn MIG, MAG . . . . . . . . . . 3

1.2. Các loại bộ cấp dây . . . . . . . . . . . . 5
1.3. Kết cấu bộ cấp dây . . . . . . . . . . . . 5
1.4. Ứng dụng kỹ thuật số vào điều khiển bộ cấp dây . . . 13
Chương 2. Thiết kế bộ cấp dây tự động kỹ thuật số . . . . 15
2.1. Thiết kế tổng thể . . . . . . . . . . . . . 15
2.2. Các chi tiết cơ khí . . . . . . . . . . . . . 17
2.3. Sơ đồ mạch điện chung – sơ đồ khối . . . . . . . 20
2.4. Lựa chọn động cơ cấp dây và kỹ thuật điều khiển động cơ 20
2.5. Điều khiển kỹ thuật số . . . . . . . . . . . 24
2.6. Màn hình hiển thị . . . . . . . . . . . . . 28
2.7. Mạch in . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.8. Mạch giao tiếp với máy tính . . . . . . . . . 29
2.9. Khung và vỏ máy . . . . . . . . . . . . 30
Chương 3. Kết quả . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.1. Bộ cấp dây tự động được thiết kế chế tạo . . . . . 31
3.2. Hướng dẫn sử dụng bộ cấp dây . . . . . . . . . 32
3.3. Các thông số cơ bản của bộ cấp dây tự động . . . . 36
Kết luận . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Tài liệu tham khảo . . . . . . . . . . . . . . 39
Phụ lục . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

4







Tóm tắt nhiệm vụ

Để thực hiện nhiệm vụ của đề tài, nhóm thực hiện đề tài vừa tìm hiểu
qua các sách kỹ thuật, các tài liệu kỹ thuật trên mạng vừa khảo sát các bộ
cấp dây hàn tự động dùng cho máy hàn MIG, MAG đang đợc sử dụng ở
nớc ta. Rồi qua việc đánh giá u điểm của từng dạng kết cấu để lựa chọn
dạng kết cấu hợp lí cho thiết bị của đề tài. Sử dụng vi điều khiển để thực hiện
điều khiển kỹ thuật số cho thiết bị.
Bộ cấp dây tự động của đề tài phải đạt đợc các yêu cầu sau: dùng cho
dây hàn có đờng kính từ 0,8 đến 1,6 mm; tốc độ cấp dây từ 1,5 m/phút đến
15 m/phút, sử dụng nguồn điện 220VAC. Lực đẩy dây khỏe để tránh hiện
tợng kẹt dây; cài đặt đợc tốc độ ra dây chính xác, tốc độ ra dây đều ổn
định để giúp cho ngời thợ dễ hàn. Có màn hình hiển thị, hiển thị rõ ràng các
thông số cài đặt, các menu cảnh báo bảo vệ thiết bị, có bộ nhớ để lu các
thông số đã cài đặt.

5




CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

1.1. Thiết bị hàn MIG, MAG
Hàn MIG, MAG là công nghệ hàn trong môi trường có khí bảo vệ, để
bảo vệ mối hàn khỏi các tác động xấu của không khí. Chất khí bảo vệ được
tự động thổi liên tục lên vùng hàn để ngăn không cho không khí tiếp xúc với

kim loại lỏng của bể hàn. Dây hàn từ cuộn dây được bộ bánh xe cấp dây kéo
ra và đẩy về phía mỏ hàn. Dây hàn phải vượt qua một đường ố
ng dài từ 3
đến 5 m để đến mỏ hàn, qua ống dẫn trong mỏ hàn đến ống tiếp điện, tại
đây dây hàn nhận được dòng điện hàn, nên khi dây hàn ra khỏi mỏ hàn và
chạm vào vật hàn thì phát sinh ra hồ quang điện. Quá trình hàn được người
thợ điều khiển nhờ một công tắc trên mỏ hàn. Công tắc trên mỏ hàn là bộ
phận phát lệnh của người thợ. Khi bắt đầu hàn người thợ bấ
m công tắc, lệnh
làm việc được truyền đến bộ điều khiển, bộ điều khiển sẽ điều khiển 3 hoạt
động: cấp khí bảo vệ, cấp dây hàn, cấp dòng điện hàn vào mỏ hàn. Nhưng 3
hoạt động này không bắt đầu cùng một lúc mà được chia làm 2 giai đoạn:
đầu tiên bộ điều khiển mở van khí để dòng khí bảo vệ vào mỏ hàn, đẩy
không khí ra ngoài và thổ
i lên vùng sắp hàn. Dòng khí bảo vệ vừa tạo nên
vùng không còn không khí phía trên vùng sắp hàn vừa tạo môi trường thuận
lợi cho việc mồi hồ quang. Sau đấy một vài giây đồng hồ dòng điện hàn mới
được cấp, và động cơ cấp dây mới hoạt động đẩy dây hàn từ mỏ hàn chạy ra,
lúc này hồ quang mới xuất hiện. Khi kết thúc hàn, người thợ nhả công tắc,
lệnh dừng hàn được truyền đến bộ
điều khiển, bộ điều khiển lúc này sẽ cho
dừng 3 hoạt động trước đó lại. Nhưng 3 hoạt động này không dừng cùng
một lúc mà cũng chia làm 2 giai đoạn: đầu tiên dòng điện bị ngắt và động cơ
cấp dây ngừng hoạt động, nên hồ quang mất luôn và dây hàn dừng lại,
nhưng van khí vẫn mở để dòng khí bảo vệ tiếp tục phun ra thêm một lúc,
bảo vệ
phần cuối đường hàn còn chưa kịp đông đặc. Ngoài phần điều khiển
thông qua công tắc trên mỏ hàn, thường còn có 2 thông số được điều chỉnh
bằng núm vặn trên thân máy: núm điều chỉnh điện áp hàn và núm điều chỉnh
tốc độ ra của dây hàn.

Lực ma sát xuất hiện trên suốt quãng đường mà dây hàn đi qua, từ
cuộn dây đến ống tiếp điện trên mỏ hàn. Mức độ ma sát trong việc cấp dây
phụ thuộc vào chất lượng và độ dài đường dẫn và kết cấu của nó, vào cơ cấu
hãm lắp trên trục đỡ cuộn dây. Cơ cấu hãm này phải được điều chỉnh để
cuộn dây dừng quay khi người thợ dừng hàn, nếu không dây s
ẽ chạy ra khỏi
cuộn dây và làm rối dây. Nhưng nếu lực hãm này quá khỏe thì các bánh xe
đẩy dây có thể bị trượt tạo nên hiện tượng kẹt dây hoặc phải dùng lực ép

6
bánh xe lớn hơn, điều này lại dễ làm động cơ đẩy dây quá tải. Ngoài ra thao
tác của người thợ cũng có thể làm tăng lực ma sát khi để đường ống dẫn dây
không thẳng, uốn lượn nhiều hoặc gấp khúc. Lực ma sát lớn làm dây ra
không đều, ảnh hưởng đến quá trình hàn và chất lượng mối hàn. Hệ số ma
sát tĩnh lớn hơn hệ số ma sát động, nên khi khởi động, động cơ c
ấp dây phải
có mô men quay cao tức thời.
1.2. Các loại bộ cấp dây
Thiết bị hàn MIG, MAG được chế tạo theo 2 dạng kết cấu liên quan
đến bộ cấp dây hàn: bộ cấp dây rời còn gọi là bộ cấp dây con rùa ( hình 1.1),
v
à bộ cấp dây liền với nguồn điện hàn ( hình 1.2 ). Về nguyên lí làm việc thì
hoạt động của 2 bộ cấp dây giống nhau, nhưng có phần khác nhau về tính
năng sử dụng. Bộ cấp dây rời được kết nối với nguồn điện hàn bởi một dây
cáp hàn để tải dòng điện hàn cùng một đường điện điều khiển. Trên bộ cấp
dây thường được l
ắp đầy đủ hệ thống điều khiển. Nếu đường đi của dây hàn
từ giá đỡ cuộn dây đến mỏ hàn quá dài thì ma sát sẽ tăng làm ảnh hưởng đến
sự ổn định của sự ra dây, vì vậy mỏ hàn thường được chế tạo với đường dẫn

dây đi kèm là khoảng 3 m. Nguồn điện hàn thường to nặng, nên khi hàn
những vị trí khó tiếp cận và xa hơn khoả
ng cách trên thì thiết bị hàn có bộ
cấp dây liền khó sử dụng. Lúc này bộ cấp dây rời sẽ phát huy tác dụng, vì
một mình bộ cấp dây rời có trọng lượng nhẹ, nhỏ gọn dễ tiếp cận vị trí hàn,
thậm chí có thể xách lên tầng cao, còn nguồn điện hàn có thể để ở xa hơn.
Trong khi bộ cấp dây rời dễ dàng kết nối hoặc ngắt tách khỏi nguồn
điện hàn, thì bộ c
ấp dây liền không làm được điều đấy. Vì thế bộ cấp dây rời
có thể kết nối với các nguồn điện hàn khác nhau, tạo thuận lợi cho việc sửa
chữa, thay thế, nâng cấp. Bộ cấp dây của đề tài được thiết kế theo kết cấu bộ
cấp dây rời.
1.3. Kết cấu bộ cấp dây
Thông thường một bộ cấp dây rời gồm: giá đỡ cu
ộn dây hàn, cơ cấu
dẫn dây từ cuộn dây hàn đến bánh xe cấp dây, bộ bánh xe cấp dây, động cơ
cấp dây, bộ điều khiển và khung bệ.
Giá đỡ cuộn dây hàn được hàn chắc chắn lên khung bệ của bộ cấp
dây. Phần chính của giá đỡ cuộn dây là một trục dùng để lồng bánh xe chứa
dây hàn. Đường kính và chiều dài của trục này được chế tạo theo một quy
chuẩn chung để lồng vừ
a khít vào lỗ của bãnh xe chứa dây hàn, vì bánh xe
chứa dây hàn cũng được chế tạo theo quy chuẩn chung. Trục đỡ có kết cấu
là 2 trục lồng khít vào nhau, khi trục ngoài có dạng ống quay thì trục trong
vẫn đứng yên. Trục ngoài được ép lên mặt đế thao chiều dọc trục nhờ cơ cấu
lò xo, kết cấu này làm trục ngoài không quay được tự do mà sẽ quay với lực
ma sát hãm. Lực hãm này có thể điều chỉnh được nhờ một bu lông chỉ
nh độ
nén của lò xo. Trên má bên của trục ngoài có một vấu để lồng vào lỗ của
thành bên bánh xe chứa dây, nên khi bánh xe đẩy dây quay, kéo dây hàn

7
H
ì
n
h

1
.

1
.


S
ơ

đ
ồ

n
g
u
y
ê
n

l
í

k
ế
t

c
ấ
u

t
h
i
ế
t

b
ị

h
à
n

M
I
G
,

M
A
G

v
ớ
i

b
ộ

c
ấ
p

d
â
y

r
ờ
i
.

B
ộ

c
ấ
p

d
â
y

H
ì
n
h

1
.

2
.


S
ơ

đ
ồ

n
g
u
y
ê
n

l
í

k
ế

t

c
ấ
u

t
h
i
ế
t

b
ị

h
à
n

M
I
G
,

M
A
G

v
ớ

i

b
ộ

c
ấ
p

d
â
y

l
i
ề
n

v
ớ
i

n
g
u
ồ
n

đ
i

ệ
n

h
à
n
.
C
ô
n
g

t
ắ
c
V
ậ
t

h
à
n
M
ỏ

h
à
n
H
ộ

p

đ
i
ề
u

k
h
i
ể
n
V
a
n

k
h
í
V
ậ
t

h
à
n
Đ
ừ
ơ
n

g

đ
i
ệ
n

đ
i
ề
u

k
h
i
ể
n
đ
i
ệ
n

n
u
ô
i

b
ộ

c
ấ
p

d
â
y
M
ỏ

h
à
n
C
ô
n
g

t
ắ
c
Đ
ừ
ơ
n
g

đ
i
ệ

n

đ
ộ
n
g

l
ự
c
.
N
g
u
ồ
n

đ
i
ệ
n

h
à
n
U
o
N
g
u

ồ
n

đ
i
ệ
n

h
à
n
U
o
C
h
a
i

k
h
í

b
ả
o

v
ệ
C
h

a
i

k
h
í

b
ả
o

v
ệ




8
làm bánh xe chứa dây quay để tở dây thì trục ngoài quay theo với lực hãm,
nên dây hàn luôn căng, khi bánh xe đẩy dây ngừng quay thì bánh xe chứa
dây cũng dừng ngay nhờ lực phanh của trục ngoài lên mặt đế, nên không
làm cho dây hàn bị rối ( hình 1.3 ). Trên bộ cấp dây của một số hãng, trục đỡ
cuộn dây hàn còn được bố trí nghiêng với mặt đế trục ( cũng là nghiêng so
với mặt phẳng nằm ngang ) một góc khoảng 2
o
để cuộn dây hàn luôn có xu
thế ép lên mặt đế, tạo nên tải trọng ổn định hơn cho lực kéo của bánh xe cấp
dây.
Từ giá đỡ dây hàn phải chạy qua “ bộ dẫn dây vào ” mới đến được
"bộ bánh xe đẩy dây ”. Nhiệm vụ của bộ dẫn dây vào là giữ cho dây hàn

chạy thẳng khi qua bộ bánh xe đẩy dây. Một cuộn dây hàn thông thường có
đường kính cuộn dây là φ 250 và lõi là φ 150 mm. Trong quá trình hàn
đường kính cuộn dây giảm dần làm cho góc nghiêng theo chiều đứ
ng giữa
dây hàn và bánh xe cấp dây luôn thay đổi. Bề rộng cuộn dây hàn thường là
90 mm, nên góc nghiêng theo chiều ngang giữa dây hàn và bánh xe cấp dây
cũng luôn thay đổi, vì vậy để bảo đảm bộ bánh xe đẩy dây làm việc an toàn
thì phải có bộ phận dẫn dây vào. Khoảng cách từ giá đỡ cuộn dây đến bộ
bánh xe đẩy dây càng xa thì góc nghiêng càng nhỏ, góc nghiêng nhỏ thì việc
đưa dây vào càng thuận lợi hơn. Tuy nhiên khoảng cách lớn làm cho bộ cấp
dây hàn cồng kềnh, đi ngược lại mục tiêu là ph
ải gọn gàng dễ di chuyển.
Thông thường khoảng cách này được lựa chọn trong khoảng từ 270 đến 300
mm. Do dây hàn luôn tạo nên góc nghiêng với bộ dẫn dây nên giữa chúng
xuất hiện lực ma sát và lực này thay đổi liên tục theo góc nghiêng dây hàn.
Bộ dẫn dây vào có nhiều dạng kết cấu khác nhau: loại đơn giản nhất có dạng
ống, loại tiên tiến thì gồm các bánh xe quay trơn.
Ống dẫn dây có kết cấu đơn giản, nhưng ma sát xuất hiện giữ
a dây
hàn và miệng ống là khá lớn. Lực ma sát lớn này ngoài việc gây thêm tải
cho động cơ cấp dây còn làm cho miệng ống bị mòn nhanh. Để tăng tuổi thọ
cho ống người ta thường chế tạo ống gồm 2 phần: phần đầu là đoạn ống
bằng thép hợp kim được tôi cứng để chịu được sự mài mòn, đoạn sau làm
bằng đồng vàng ( hình 1.4 ). Đối với dây hàn lớn ( thường là từ 2 mm trở

lên) để giảm ma sát ở đầu vào ống dẫn dây, người ta còn thiết kế dạng kết
cấu gồm các viên bi bố trí một vòng tròn, dây hàn sẽ chạy qua khoảng trống
giữa các viên bi này ( hình 1.5 ).
Dạng bánh xe dẫn dây thường được thiết kế thành một bộ gồm từ 2
đến 3 bánh xe. Bề mặt các bánh xe đều được gia công thành rãnh tròn sâu để

ôm được dây từ mọi góc nghiêng. Khi làm việc bánh xe quay trơn theo dây
nên lực ma sát rất nhỏ. Loại bộ 3 bánh xe thì bánh xe ở gi
ữa được bố trí ở
phía đối diện với 2 bánh kia và có thể điều chỉnh lên xuống để tạo sự ôm
dây tốt cho nhiều cỡ dây, đồng thời còn tạo nên sự nắn dây thích hợp (hình
1.6 ).


9
T
h
a
n
h

g
i
á

đ
ỡ
Đ
ế

t
r
ụ
c

đ

ỡ
V
ấ
u
B
u

l
ô
n
g

c
h
ỉ
n
h

đ
ộ

n
é
n
T
h
a
n
h

c
h
ặ
n

c
u
ộ
n

d
â
y
T
ấ
m

t
r
ự
ơ
t
T
r
ụ
c

t
r
o

n
g
T
r
ụ
c

l
ồ
n
g

n
g
o
à
i
L
ò

x
o

n
é
n
N
ắ
p

b
ị
t
H
ì
n
h

1
.

3
.


K
ế
t

c
ấ
u

t
r
ụ
c

đ
ỡ

c
u
ộ
n

d
â
y

h
à
n
.


10

Hình 1. 4. ống dẫn dây vào.
- Chi tiết 1 làm từ đồng vàng.
- Chi tiết 2 làm từ thép tôi cứng để chịu mài mòn.
Dây hàn từ cuộn dây
Dây hàn vào
bánh xe cấp dây
2
1
Hình 1. 5. ống dẫn dây vào có bi.
1
3
2

Dây hàn từ cuộn dây
Dây hàn từ cuộn dây
Hình 1. 6. Bộ bánh xe dẫn dây 3 bánh.
Bánh xe số 2 có thể dịch chỉnh lên xuống.




11
Bộ bánh xe đẩy dây thông thường gồm 2 bánh xe có kết cấu khác
nhau thực hiện 2 chức năng riêng: bánh xe đẩy dây và bánh xe nén. Bánh xe
đẩy dây nhận được chuyển động quay của động cơ nên là bánh xe chủ động,
còn bánh xe nén chỉ quay theo khi dây hàn bị đẩy đi. Bề mặt bánh xe đẩy
dây được gia công thành các rãnh ôm dây. Có 2 loại rãnh ôm dây hay được
sử dụng: rãnh hình thang và rãnh cung tròn. Rãnh hình thang thường được
dùng cho dây hàn cứng hơn như dây hàn bằng thép, còn rãnh cung tròn
thường dùng cho dây hàn mềm hơn như dây hàn đồng, nhôm. Bánh xe nén
dây có bề mặ
t tròn trơn ( hình 1.7 ). Bánh xe đẩy dây được lắp cố định trên
trục động cơ, còn bánh xe nén dây được lắp trên một cần nâng có thể nâng
lên hạ xuống. Một máy hàn được sử dụng để hàn được nhiều cỡ dây khác
nhau, nên bánh xe đẩy dây cũng phải đáp ứng yêu cầu này. Trên một bánh
thường được gia công 2 rãnh ôm dây cho 2 cỡ dây khác nhau, 2 rãnh này
nằm đối xứng qua đường chia đôi bề mặt bánh xe, nên khi thay đổi cỡ dây
chỉ cần lắp ngược bánh xe l
ại là được, không cần phải điều chỉnh lại vị trí bộ
dẫn dây vào và đường dẫn dây ra. Một bộ cấp dây có thể thay đổi nhiều
bánh xe đẩy dây cho các cỡ dây khác nhau.
Ngoài bộ bánh xe đẩy dây 2 bánh còn bộ bánh xe đẩy dây 4 bánh,
loại này thường dùng cho dây hàn từ 2 mm trở lên. Loại 4 bánh xe có kết

cấu phức tạp hơn: cả 4 bánh xe đều được truyền chuyển độnh quay từ động
cơ, tuy nhiên chỉ 2 bánh dưới có rãnh ôm dây, còn 2 bánh trên vẫn là bánh
trơn ( hình 1.8 ). Trên trục của động cơ có một bánh răng, bánh răng này
truyền chuyển động cho 2 bánh răng lắp cùng trục với 2 bánh có rãmh ôm
dây, 2 bánh răng này lại tiếp tục truyền chuyển động cho 2 bánh răng lắp
cùng trục với 2 trục trơn để bảo đảm chúng quay cùng chiều và cùng tốc độ.
Phía trên 2 bánh trơn vẫn có cơ cấu nén để bánh trơn ép dây lên bánh xe có
rãnh ôm dây. Thực chất ở đây bánh trơn vẫn làm nhiệm vụ
nén dây là chính,
nhưng do được truyền chuyển động quay nên hỗ trợ phần nào cho bánh có
rãmh ôm dây.
Lực nén của bánh xe nén dây cũng phải điều chỉnh được cho phù hợp
với từng cỡ dây. Bánh xe nén dây khi được cần nâng hạ xuống để tạo lực
nén, được một cơ cấu gọi là tay nén tì lên, tay nén có kết cấu gồm một trục
với lò xo lồng ngoài, cùng một đai ốc điều chỉnh độ nén của lò xo. Qua thí
nghiệm người ta xác định được độ nén phù hợp cho từng cỡ dây, và đánh
dấu vị trí dịch chuyển cần thiết cho đai ốc, nên khi thay cỡ dây chỉ cần chỉnh
đai ốc đến vị trí đánh dấu thích hợp là được.
Các kết cấu của bộ cấp dây đã được thế giới nghiên cứu, thực nghiệm,
rút kinh nghiệm và hoàn chỉnh trong thời gian dài, nhiều bộ phận đã gầ
n như
là quy chuẩn chung vì nhiều nước, nhiều hãng cùng chế tạo như nhau.
Bộ điều khiển là bộ não điều khiển mọi hoạt động của cả thiết bị hàn.
Trong đấy có các bản mạch, các linh kiện điện, điện tử phục vụ chức năng

12

H×nh 1. 7. Bé b¸nh xe cÊp d©y 2 b¸nh.
B¸nh ®Èy d©y
B¸nh ®Èy d©y

r·nh thang
B¸nh ®Èy d©y
r·nh trßn
B¸nh nÐn
Lß xo nÐn
§ai èc chØnh ®é nÐn







13
Lò xo nén
Bánh răng cùng trục
với bánh đẩy dây 2
Hình 1. 8. Bộ bánh xe cấp dây 4 bánh.
Bánh răng nhận chuyển động
quay từ động cơ cấp dây
Bánh răng cùng trục
với bánh đẩy dây 1
Bánh đẩy dây 1
Bánh nén 1
Bánh đẩy dây 2
ống dẫn dây
giữa 2 bánh
Bánh nén 2
Đai ốc chỉnh độ nén
Bánh răng cùng trục

với bánh nén 1
Bánh răng cùng trục
với bánh nén 2





14
điều khiển. Hộp điều khiển kết nối với công tắc điều khiển ở mỏ hàn để
nhận lệnh làm việc hoặc dừng khi bấm hoặc nhả công tắc, theo lệnh này hộp
điều khiển sẽ chỉ huy 3 họat động của thiết bị hàn: mở hoặc đóng van khí,
cho động cơ cấp dây chạy hoặc dừng, đóng dòng điệ
n hàn cho mỏ hàn hay
nghắt nó. Nhưng 3 hoạt động này không bắt đầu cùng một lúc mà chia làm 2
giai đoạn: lúc bắt đầu hàn thì van khí mở trước, sau đấy một vài giây đồng
hồ 2 hoạt động kia mới bắt đầu; còn khi nhả công tắc để ngừng hàn thì dòng
điện hàn bị ngắt ngay đồng thời động cơ cấp dây cũng dừng lại, còn van khí
vẫn tiếp tục mở thêm một lúc nữa. Tất cả những
điều này đều được tính toán
trước cho việc thiết kế các mạch điện của hộp điều khiển. Trên hộp điều
khiển còn có 2 núm vặn phục vụ việc điều chỉnh điện áp hàn và tốc độ ra
của dây hàn. Việc đóng ngắt dòng điện hàn được thực hiện tại nguồn điện
hàn, nên từ bộ điều khiể
n có đường dây điều khiển kết nối với nguồn điện
hàn. Hộp điều khiển còn nhận dòng điện nuôi từ nguồn điện hàn thông qua
một đường dây kết nối. Để tiện cho việc điều khiển và kết nối với tay hàn
nên van khí được lắp lên thân bộ cấp dây hàn. Cáp tải dòng hàn từ nguồn
điện hàn được gá chắc lên bộ cấp dây để từ
đấy đấu nối vào tay hàn. Trên

một số bộ điều khiển còn có thêm chức năng hàn ngắt đoạn theo chu kỳ.
Động cơ cấp dây là động cơ được thiết kế có kết cấu phù hợp với vị
trí đặt và lắp ghép với các bộ phận khác của bộ cấp dây. Tuy nhiên về mặt
điện học thì đấy là một động cơ một chiều thông thường hoạt
động với điện
áp thấp 24V; 50W; số vòng quay tối đa: 120 – 130 vòng/phút. Tốc độ quay
của động cơ được điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp thông qua một chiết
áp.

1.3. Ứng dụng kỹ thuật số vào điều khiển bộ cấp dây
Công nghệ số ra đời tạo nên một cuộc cải tộ về mặt chất lượng cho
các thiét bị phục v
ụ đời sống cũng như thiết bị công nghiệp. Các thiết bị áp
dụng công nghệ số trở nên chính xác hơn, hiệu suất cao hơn, có nhiều tiện
ích hơn, kích thước nhỏ gọn hơn so với các thiết bị tương tự nhưng không
áp dụng công nghệ số. Xu thế chung ngày nay là từng bước đưa công nghệ
số vào các thiết bị, và công nghệ số đóng vai trò là bộ não điều khiể
n các
quá trình hoạt động của thiết bị. Các thiết bị hàn cũng theo xu thế này và
đang từng bước được số hóa.
Bộ cấp dây tự động mang trên mình nó hộp điều khiển là trung tâm
chỉ huy điều khiển mọi hoạt động của thiết bị hàn. Nguồn điện hàn MIG,
MAG có đặc tính là điện áp không đổi, tức là khi ta đặt mức điện áp trước
khi hàn, lúc hàn máy sẽ duy trì điệ
n áp hàn đúng như vậy. Nhưng thực tế là
điện áp sẽ giao động quanh mức đấy với sai số đến cả chục phần trăm. Khi
áp dụng bộ vi xử lí vào điều khiển quá trình hàn thì do tốc độ ra của dây hàn
ổn định hơn nên làm cho giao động của điện áp hàn cũng rút xuống nhỏ hơn.

15

Việc cảnh báo và tự động dừng máy khi quá tải, quá nhiệt cũng đã
được áp dụng cho các máy hàn thông thường: người ta lắp các rơ-le để giúp
thực hiện chế độ này. Nhưng các rơ-le có độ trễ tương đối lớn nên để cho an
toàn người ta phải để chế dộ dừng tương đối sớm, vì vậy khoảng hoạt động
của máy bị giới hạn lớn hơn mức cầ
n thiết. Bộ vi xử lí có tốc độ xử lí nhanh
hơn rất nhiều, nên ta có thể để chế độ dừng ngay ở mức giới hạn, vì vậy
khoảng hoạt động của máy trở nên rộng hơn.
Công nghệ số khi áp dụng vào máy hàn có thể cho ta nhiều tiện ích
khác. Máy hàn thường được làm mát tích cực bằng quạt thông gió. Với máy
hàn thông thường khi đóng điện cho máy là quạt làm việc luôn cho đến khi
ngắt đi
ện. Thực ra máy hàn chỉ cần làm mát khi nó nóng quá một nhiệt độ
nhất định, có nghĩa là khi máy làm việc ít hay hàn với dòng nhỏ thì có thể
không cần cho quạt chạy hoặc chỉ chạy trong một thời gian ngắn. Nhờ công
nghệ số ta có thể tiết kiệm được nhiều hơn điện làm mát qua việc đo chính
xác nhiệt độ nóng lên của máy, khi đạt đến nhiệt độ cần thiết mới cho quạt
chạy và khi h
ạ xuống mức giới hạn thì dừng quạt, ngoài ra nhờ thế còn hạn
chế được lượng bụi do quạt hút vào trong máy làm tăng tuổi thọ của máy.
Việc hàn thử để chọn chế độ hàn tối ưu cho một sản phẩm thường cũng mất
nhiều thời gian, công nghệ số giúp ta tiết kiệm thời gian bằng cách lưu lại
chế độ này, khi ta gặp lại mặt hàng đấ
y ta chỉ cần bấm vào bộ nhớ, máy sẽ
làm việc với đúng chế độ đã lưu.
Nhờ sự phát triển vượt bậc của kỹ thuật chế tạo các linh kiện điện,
điện tử, bán dẫn mà giá thành của chúng ngày càng hạ, trong khi chất lượng
và tính năng của chúng ngày càng tăng, vì thế việc đưa kỹ thuật số vào máy
hàn sẽ không làm tăng chi phí lên quá nhiều trong sản xuất hàng lo
ạt, mà gía

trị của chúng lại tăng lên nhiều. Phần mềm vi điều khiển có thể thay đổi dễ
dàng thông qua việc kết nối với máy tính, vì vậy với việc chỉ thay đổi phần
mềm ta có thể tay đổi các tính năng của máy mà không nhất thiết phải thay
đổi các linh kiện, nhờ thế việc cải tiến nâng cấp tính năng của máy sau này
sẽ đơn giản ít tốn kém.













16



CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ BỘ CẤP DÂY TỰ ĐỘNG KỸ THUẬT SỐ

2.1. Thiết kế tổng thể
Bộ cấp dây được thiết kế là bộ cấp dây rời còn gọi là bộ cấp dây con
rùa, gồm hai phần chính là phần cơ khí và phần điện. Thiết kế phần cơ khí
được thực hiện dựa vào sự tổng hợp các tài liệu kỹ thuật và khảo sát v
ề các
bộ cấp dây đang được sử dụng ở nước ta. Phần cơ khí bao gồm các cụm chi

tiết nằm trong hệ thống truyền động của bộ cấp dây. Thiết kế phần điện
ngoài việc dựa vào kết cấu chung của bộ cấp dây còn kết hợp các yêu cầu về
điều khiển kỹ thuật số. Phần điện gồm hệ th
ống điện phục vụ công việc điều
khiển bộ cấp dây và động cơ cấp dây. Ngoài ra còn có bệ, khung và vỏ bao
che.
Dựa trên kết cấu chung của bộ cấp dây, nhóm đề tài thiết kế hệ thống
truyền động gồm: trục đỡ cuộn dây hàn, cơ cấu dẫn dây vào và bộ bánh xe
đẩy dây ( hình 2.1 ). Trục đỡ cuộn dây có kết cấu là 2 trục lồng nhau, trong
có lò xo hãm và được lắp nghiêng so với m
ặt phẳng nằm ngang khoảng 2
o
.
Cơ cấu dẫn dây là cơ cấu có 3 bánh xe, được sắp xếp 2 bánh ở trên và 1
bánh ở dưới. Bánh ở dưới nằm ở khoảng giữa 2 bánh trên có thể dịch chỉnh
lên - xuống nhờ một cơ cấu bản lề. Bộ bánh xe đẩy dây là loại 2 bánh gồm 1
bánh nén và 1 bánh đẩy dây, vì sử dụng cho dây hàn có đường kính từ 1,6
mm trở xuống. Bánh nén có bề mặt tròn trơn, bánh đẩy dây có rãnh hình
thang để phục vụ việc đẩy dây hàn b
ằng thép. Bánh dẩy dây được lắp vào
trục động cơ để nhận chuyển động quay. Bánh nén được lắp lên một cơ cấu
bản lề để tiện việc nâng lên khi lắp dây hàn, khi hạ xuống để nén dây thì
được một thanh lò xo ngáng lên, tạo nên lực nén ổn định nhưng không quá
cứng nhắc.
Phần điện của bộ cấp dây chính là hệ thống điện điều khiển hoạt độ
ng bộ
cấp dây cùng với vi điều khiển là bộ não của cả hệ thống. Hệ thống điều
khiển gồm: đường điện tiếp nhận lệnh từ công tắc mỏ hàn, đường điện điều
khiển đóng - mở van khí bảo vệ, đường điện điều khiển đóng ngắt dòng điện
hàn, đường đi

ện điều khiển động cơ cấp dây chạy - dừng. Trên mỏ hàn chỉ
có một công tắc điều khiển chung 3 hoạt động này, nhưng theo công nghệ
hàn thì 3 hoạt động này phải chia làm 2 giai đoạn kể cả lúc bắt đầu hàn cũng
như lúc kết thúc. Khí bảo vệ phải ra trước khi bắt đầu hàn và còn phải tiếp
tục ra thêm sau khi kết thúc hàn. Thời gian khí ra trước và còn ra sau này
nếu điều chỉnh
được tùy theo yêu cầu thì vừa bảo đảm được chất lượng mối
hàn vừa tiết kiệm được khí, nhất là thời gian khí ra sau, vì mối hàn lớn ( khi
hàn dây hàn to ) cần thời gian khí ra sau nhiều hơn so với mối hàn nhỏ ( khi

17
hàn dây hàn bé ). Bằng công nghệ điều khiển kỹ thuật số ta dễ dàng đặt
chính xác các thời gian này theo từng nhiệm vụ. Một trong những vấn đề
hay gặp phải của bộ cấp dây thông dụng là tốc độ ra dây không ổn định,
điện áp hàn giao động lớn làm người thợ khó hàn và ảnh hưởng đến chất
lượng mối hàn. Với việc ứng dụng kỹ thuật số vào điề
u khiển các quá trình
này sẽ giúp cho công việc hàn được tốt hơn. Tuy nhiên với động cơ thông
thường, việc điều khiển tốc độ của nó thay đổi nhanh, chính xác theo yêu
cầu điều khiển cho phù hợp với sự thay đổi điện áp hàn, dòng hàn thì rất khó
đạt được. Vì vậy nhóm đề tài chọn động cơ Servo làm động cơ truyền động
cho bộ cấp dây được thiết kế. Với công nghệ số vi
ệc điều khiển sẽ bảo đảm
chính xác, có tính ổn định cao, đồng thời còn kết hợp thêm nhiều tiện ích
khác như : kiểm soát nhiệt độ, kiểm soát các giới hạn an toàn về điện áp,
dòng hàn… và có màn hình hiển thị các chức năng của thiết bị.
2.2. Các chi tiết cơ khí
Các chi tiết cơ khí của bộ cấp dây tự động gồm các chi tiết của các
phần: trục đỡ cuộ
n dây, cụm bánh xe dẫn dây vào, bộ bánh xe đẩy dây.

Trục đỡ cuộn dây được thiết kế theo kiểu 2 trục lồng nhau để trong khi
phần trục ngoài dạng ống quay theo bánh xe chứa cuộn dây hàn thì trục
trong đứng im ( bản vẽ CD – 05 – 00 ). Cuộn dây hàn có trọng lượng lên
đến 15 kg nên nếu nó quay tự do thì khi dừng lại ( như lúc dừng hàn ) thì
quán tính của nó vẫn có thể làm cho nó quay tiếp, trong khi dây hàn bị bánh
xe đẩy dây giữ lại, đẫn đến dây hàn trên cuộn dây bung ra dễ làm rối dây.
T
ốc độ của dây hàn tương đối lớn có thể lên đến 15 m/phút, nên nếu quay tự
do quán tính của cuộn dây cũng rất lớn vì vậy nếu khi dừng hàn mới phanh
thì cuộn dây vẫn có thể quay thêm vài vòng. Để khi dừng hàn cuộn dây
dừng lại luôn, thì phải thường xuyên tạo lực hãm cần thiết để liên tục triệt
tiêu quán tính quay của cuộn dây. Lực hãm này tạo nên một lực kéo giữ sợi
dây hàn với độ lớn tương
đối ổn định ít phụ thuộc vào khối lượng của cuộn
dây lúc đầy hay vơi, nhờ thế tốc độ ra của dây hàn dễ điều khiển hơn, ổn
định hơn. Cơ cấu lò xo tạo lực ép, ép đế của phần trục ngoài lên mặt đế tựa
để tạo nên lực ma sát hãm. Bằng cách dịch chỉnh đai ốc ở mặt đầu của lò xo
ta có thể điề
u chỉnh độ nén của lò xo. Độ nén này không được quá lớn vì sẽ
làm cho dây hàn bị trượt ở bánh xe đẩy dây hoặc làm cho động cơ cấp dây
quá tải, nhưng cũng không được quá nhỏ vì sẽ không triệt tiêu hết quán tính
quay của cuộn dây khi tốc độ ra dây lớn. Bằng thử nghiệm ta sẽ điều chỉnh
độ nén của lò xo một cách phù hợp. Chi tiết trục trong ( trục chính ) được
làm từ thép C.45, trục ngoài ( ống đỡ ) được làm t
ừ nhựa cứng có đường
kính ngoài vừa khít lỗ cuộn dây hàn tiêu chuẩn. Lò xo có kích thước φ 25 x
30 với dây φ 2,5 mm. mặt đế còn nghiêng khoảng 2
o
làm cho trục đỡ
nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang nên cuộn dây hàn luôn ở tư thế ép lên

mặt đế, tạo nên tải trọng ổn định hơn.

18
C
ầ
n

n
â
n
g

b
á
n
h

x
e

n
é
n
V
í
t

c
h
ỉ

n
h

c
ầ
n

n
â
n
g

b
á
n
h

x
e

c
ă
n
g

d
â
y
C
ầ

n

n
â
n
g

b
á
n
h

x
e

c
ă
n
g

d
â
y
B
ộ

3

b
á

n
h

x
e

d
ẫ
n

d
â
y
C
u
ộ
n

d
â
y

h
à
n

l
ú
c

đ
ầ
y
C
u
ộ
n

d
â
y

h
à
n

l
ú
c

s
ắ
p

h
ế
t
C
u
ộ

n

d
â
y

h
à
n
T
r
ụ
c

đ
ỡ

c
u
ộ
n

d
â
y
.
H
ì
n
h

2
.
1
.


S
ơ

đ
ồ

t
r
u
y
ề
n

đ
ộ
n
g

c
ủ
a

b

ộ

c
ấ
p

d
â
y
.
Đ
a
i

ố
c

c
h
ỉ
n
h

l
ò

x
o
V
à

n
h

c
h
ỉ

m
ứ
c

n
é
n

c
h
o

t
ừ
n
g

c
ỡ

d
â
y

Đ
ầ
u

d
ẫ
n

d
â
y

v
à
o

t
a
y

h
à
n
B
á
n
h

x
e

đ
ẩ
y

d
â
y
B
á
n
h

x
e

n
é
n



19
Bộ dẫn dây vào là loại gồm 3 bánh xe ( bản vẽ CD – 03 – 00 ). Các bánh xe
này có hình dáng và kích thước giống nhau. Bề mặt các bánh xe được gia công
thành rãnh lòng máng sâu để giữ dây không bị trượt ra ngoài cho dù dây có thể
nghiêng khỏi đường thẳng đẩy dây đến 10
o
lúc từ cuộn dây vào. Bánh ở giữa nằm
phía đối diện với 2 bánh kia để ôm được dây từ cả 2 phía, đồng thời bánh ở giữa

có thể dịch chỉnh lên xuống nhờ được lắp trên một cơ cấu bản lề, việc dịch chỉnh
được thực hiện nhờ một vít đẩy. Việc dịch chỉnh được bánh xe đối diện là để cho
việc luồn dây lúc ban đầu được dễ
dàng khi ta chỉnh bánh xuống thấp, còn khi
nâng lên hợp với 2 bánh kia tạo thành bộ nắn dây, giúp làm giảm độ cong của dây
do bị quấn ở cuộn dây. Các bánh xe này được lắp lồng không lên trục của chúng
để có thể quay trơn theo dây. Các trục này dài hơn chiều rộng bánh của bánh xe 5
mm để các bánh xe có thể tự dịch chỉnh theo chiều ngang giúp chúng tự lựa theo
góc vào của dây làm giảm phần nào ma sát lên thành bánh xe. Các bánh xe và trục
của chúng được làm từ thép C.45 và được tôi cứng.
Bộ bánh xe đẩy dây là lo
ại gồm 2 bánh xe có hình dạng và chức năng
khác nhau: một bánh có rãnh hình thang để ôm dây và có độ bám dây tốt
khi đẩy dây, một bánh có bề mặt tròn trơn chỉ làm nhiệm vụ nén dây vào
bánh đẩy dây. Trên một bánh xe đẩy dây được thiết kế 2 rãnh cho 2 cỡ dây
khác nhau, chúng được gia công cách đều đường chia đôi mặt ngang bánh
xe để khi lắp ngược lại là đúng vị trí của cỡ dây kia mà không cần phải
chỉnh lại vị trí của bộ dẫn dây vào và và đầu vào của tay hàn. Bánh xe đẩ
y
dây được lắp lên trục của động cơ đẩy dây. Bánh xe nén dây được lắp lên
một cơ cấu bản lề để khi nâng lên tạo khoảng trống cho thao tác. Khi làm
việc cơ cấu bản lề hạ xuống và được một tay nén chặn lên trên tạo lực nén
cho bánh xe nén nhờ một cơ cấu lò xo trong tay nén. Lực nén của lò xo có
thể điều chỉnh được, vì nếu lực nén quá nhỏ sẽ làm dây hàn dễ bị trượ
t, dây
ra không đều, nếu lực nén quá lớn dễ gây ra quá tải cho động cơ. Lực nén
của lò xo này điều chỉnh được nhờ một đai ốc lắp trên trục của lò xo. Qua
thử nghiệm ta xác định mức độ nén của lò xo phù hợp cho từng cỡ dây, rồi
đánh dấu các vị trí đấy lên đoạn ống bao quanh lò xo, để sau này chỉnh đai
ốc cho phù hợp. Bánh xe đẩy dây được chế tạo từ thép hợ

p kim cờ rôm 40Cr
được tôi cứng để có độ cứng cao và tính chịu mài mòn tốt. Bánh xe nén dây
tạo nên lực nén lớn, ma sát của bánh xe với trục của nó cũng sẽ lớn, vì vậy
sẽ góp phần gây quá tải cho động cơ. Để giảm lực ma sát này ta nên lắp lên
một ổ bi, nhưng do bánh xe đã nhỏ nên nếu chọn ổ bị nhỏ cho phù hợp với
kích thước thì khả năng chịu tải của ổ bi sẽ
rất kém. Trong trường hợp này
thích hợp nhất là dùng luôn một ổ bi làm bánh xe nén, vì ngoài ma sát nhỏ ở
trục bánh xe, bề mặt của ổ bi cũng đựợc làm từ thép hợp kim chịu mài mòn
và được tôi cứng đáp ứng yêu cầu của bánh xe nén. 8 bản vẽ thiết kế chính
được nêu trong phần phụ lục của báo cáo này, còn 46 bản vẽ chi tiết được
nêu trong một quyển phụ lục riêng.


20
2.3. Sơ đồ mạch điện chung – sơ đồ khối
Dựa vào các tài liệu kỹ thuật, qua khảo sát các bộ cấp dây tự động
đang được sử dụng ở nước ta, và qua cân nhắc các khả năng điều khiển bằng
kỹ thuật số, nhóm đề tài lập nên sơ đồ điện chung hay còn gọi là sơ đồ khối
của bộ cấp dây tự động cầ
n chế tạo. Nguồn điện hàn MIG, MAG nhận điện
từ nguồn điện lưới 380V, từ đấy dòng điện được đưa vào bộ nguồn để làm
nhiệm vụ tạo ra các mức nguồn cần thiết cho từng khối chức năng của thiết
bị, các nguồn được tạo ra có thể cách li hoàn toàn với nhau hoặc chung mass
với nhau. Bộ vi điều khiển thự
c hiện lệnh đóng - ngắt nhận từ công tắc điều
khiển ở mỏ hàn cho các hoạt động: cấp khí bảo vệ, cấp dòng điện hàn, cấp
dây hàn cho mỏ hàn. Việc cấp khí bảo vệ thông qua van điện từ đóng - mở,
van khí này được lắp ngay trên bộ cấp dây. Việc đóng - ngắt dòng điện hàn
thông qua việc điều khiển bộ khởi động từ, b

ộ khởi động từ này có sẵn ngay
trong nguồn điện hàn. Việc cho động cơ cấp dây ( động cơ servo ) chạy -
dừng còn phải thông qua mạch điều khiển động cơ rất phức tạp vì phải bảo
đảm động cơ luôn chạy đúng tốc độ yêu cầu và phải dừng tại chỗ ngay tức
thì khi có lệnh, phần này sẽ được nêu chi tiết trong phần 2.4 dưới đây.
Động
cơ cấp dây nhỏ gọn được lắp ngay trên bộ cấp dây.
Bộ vi điều khiển kết hợp với bàn phím và bộ hiển thị cho phép người
sử dụng đặt các thông số cho công nghệ hàn một cách linh hoạt, thuận tiện,
đồng thời theo dõi được các thông số và tình trạng hoạt động của máy rất
chính xác và đầy đủ.
Mạch giao tiếp với máy tính giúp cho người lập trình phần mềm cho
chip vi
điều khiển thử nghiệm, chỉnh sửa trong quá trình hoàn thiện phần
mềm điều khiển. Cũng nhờ cổng giao tiếp này mà sau này khi cần cải tiến,
thay đổi tính năng của máy, người lập trình có thể dễ dàng thay đổi phần
mềm cho chip của máy.
2.4. Lựa chọn động cơ cấp dây và kỹ thuật điều khiển động cơ.

Các bộ cấp dây thông dụng thườ
ng sử dụng động cơ DC 24V để
truyền động cho bánh xe đẩy dây. Cách này có một số ưu điểm là giá thành
động cơ thấp, điều khiển động cơ dễ dàng hơn. Muốn thay đổi tốc độ quay
chỉ cần thay đổi mức điện áp cấp cho động cơ là được, nên bộ điều khiển
động cơ cũng đơn giản và chi phí thấp. Nhược đi
ểm là khó kiểm soát tốc độ
quay và góc quay. Nhược điểm này ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng mối
hàn. Các bộ cấp dây loại này thường dùng một chiết áp để điều chỉnh tốc độ
cấp dây theo kiểu tăng/giảm rồi hàn thử mà không biết chính xác tốc độ cấp
dây là bao nhiêu mét/phút. Thường không có màn hiển thị tốc độ cấp dây và

có hiện tượng trôi dây thêm khi dừng hàn, đây là do quán tính của
động cơ
DC gây ra khi dừng động cơ và rất khó dừng được đột ngột. Một số hãng
sản xuất đã thiết kế thêm mạch đảo nguồn cấp cho động cơ ngay sau khi

21


Đ
ộ
n
g

c
ơ

c
ấ
p

d
â
y

B
ộ

h
i
ể

n

t
h
ị
v
à

b
à
n

p
h
í
m

M
ạ
c
h

g
i
a
o

t
i
ế

p

m
á
y

t
í
n
h
B
ộ

c
ấ
p

d
â
y
N
g
u
ồ
n

h
à
n
T

í
n

h
i
ệ
u

c
ô
n
g

t
ắ
c

m
ỏ

h
à
n
V
i

m
ạ
c
h

đ
i
ề
u

k
h
i
ể
n


M
ạ
c
h

đ
.
k
h
.

đ
ộ
n
g

c

ơ

S
e
r
v
o
B
ộ

n
g
u
ồ
n
Đ
o

d
ò
n
g

h
à
n
Đ
o

đ

i
ệ
n

á
p

h
à
n
Đ
ó
n
g

-

m
ở




v
a
n

k
h
í

Đ
ó
n
g

-

n
g
ắ
t



d
ò
n
g

h
à
n
2
2
0
V
A
C

3

p
h
a
,

3
8
0
V
A
C
V
ậ
t

h
à
n
M
ỏ

h
à
n
H
ì
n
h

2
.
2
.

S
ơ

đ
ồ

k
h
ố
i

m
ạ
c
h

đ
i
ệ
n

b
ộ

c

ấ
p

d
â
y

t
ự

đ
ộ
n
g
.



22
dừng động cơ để tạo mô men ngược ép động cơ dừng đột ngột. Cách này có
cải thiện được phần nào hiện tượng trôi dây nhưng không triệt để bởi động
cơ phải kéo cuộn đây hàn có khối lượng thay đổi giảm dần và lực ma sát
cũng không ổn định nên có thời điểm triệt tiêu được hoàn toàn hiện tượng
trôi dây và có thời điểm vẫn còn hiện tượng trên, ngoài ra nó còn phát sinh
thêm hiện tượng rút dây về một đoạn tại một số thời điểm dừng máy.
Qua cân nhắc một số giải pháp khắc phục các vấn đề trên, chúng tôi
quyết định lựa chọn giải pháp sử dụng động cơ Servo và điều khiển bằng vi
điều khiển.
Loại động cơ Servo ngày nay là lựa chọn số 1 cho các ứng dụng điều
khiển chính xác nh

ư các loại Robot, các loại máy gia công CNC, các loại
máy in cỡ lớn
Việc sử dụng động cơ Servo có khó khăn phức tạp hơn nhiều cho bộ
điều khiển và giá thành động cơ cũng cao hơn nhiều so với động cơ DC
nhưng đổi lại là ta được độ chính xác rất cao, tốc độ ổn định loại bỏ hoàn
toàn các hiện tượng trôi dây, rút dây, dây ra sai tốc độ.
Việc chế tạo bộ
điều khiển động cơ Servo ứng dụng cho bộ cấp dây
khiến chúng tôi gặp rất nhiều khó khăn. Phải điều khiển động cơ bằng dòng
điện xoay chiều với tần số thay đổi hàng trăm lần, tỷ lệ độ chênh lệch biên
độ giữa các pha cấp cho động cơ phải luôn được điều chỉnh chính xác ở mọi
thời điểm b
ởi vì yếu tố này quyết định việc động cơ quay đến góc bao nhiêu
độ. Ở đây chúng tôi đã thiết kế bộ điều khiển động cơ với góc kiểm soát nhỏ
nhất là 12
0
. Với thiết kế này động cơ có thể dừng đột ngột, loại bỏ hiện
tượng trôi theo quán tính tại các vị trí góc quay chính xác 0
0
; 12
0
; 24
0
; 36
0
;
48
0
; 60
0

; 72
0
; 84
0
; 96
0
; 360
0
; Tại các thời điểm dừng động cơ chúng tôi
hãm động cơ bằng cách giữ nguyên tỷ lệ biên độ điện áp cấp cho các pha
của động cơ trong 1/4 giây và điều khiển dòng điện giảm dần sao cho các
cuộn dây của động cơ không bị quá dòng do bão hòa từ.
Nguyên lý chuyển đổi năng lượng từ nguồn điện một chiều 315V
thành dòng điện xoay chiều biến đổ
i linh hoạt cho việc điều khiển động cơ
Servo là PWM ( điều khiển độ rộng xung ).
Vi điều khiển Microchip PIC18F4431 đã được chúng tôi lựa chọn để
điều khiển quá trình chuyển đổi năng lượng nêu trên, đồng thời làm nhiệm
vụ giao tiếp, xử lý, lưu trữ thông tin và điều khiển toàn bộ quy trình chạy
máy. Từ yêu cầu điều khiển chúng tôi lập ra sơ đồ kh
ối cho mạch điều khiển
động cơ Servo ( hình 2.3 ).





23

Nguồn 5VDC Nguồn 220VAC


Hình 2.3. Sơ đồ khối mạch điều khiển động cơ Servo


Các giá trị nạp cho độ rộng xung của kỹ thuật PWM được chúng
tôi lập thành một mảng hằng số gồm 960 phần tử như sau:
const unsigned char Font[960]=
{
127,126,125,125,124,124,123,123,123,123,124,124,125,125,126,127,
128,129,129,130,130,131,131,131,131,130,130,129,129,128,
127,125,124,122,121,120,119,119,119,119,120,121,122,124,125,127,
129,130,132,133,134,135,135,135,135,134,133,132,130,129,
127,125,122,120,118,117,116,115,115,116,117,118,120,122,125,127,
129,132,134,136,137,138,139,139,138,137,136,134,132,129,
127,124,120,118,115,113,112,111,111,112,113,115,118,120,124,127,

130,134,136,139,141,142,143,143,142,141,139,136,134,130,

Fa1


IC
chuyển
đổi xung
cách li 1


IC
chuyển
đổi xung
cách li 2
IGBT1
IGBT2
Fa2


IC
chuyển
đổi xung
cách li 3


IC
chuyển
đổi xung
cách li 4

IGBT3
IGBT4
Fa3


IC
chuyển
đổi xung
cách li 5


IC
chuyển
đổi xung
cách li 6
IGBT5
IGBT6

Vi điều
khiển
PIC
18F
4431

Mạch tạo
nguồn
cách li

Mạch đổi nguồn
220VAC/315VDC

0V
315VDC
Nguồn 15VDC
Cảm biến dòng

24
127,123,119,115,112,110,108,107,107,108,110,112,115,119,123,127,
131,135,139,142,144,146,147,147,146,144,142,139,135,131,
127,122,117,113,109,106,104,103,103,104,106,109,113,117,122,127,
132,137,141,145,148,150,151,151,150,148,145,141,137,132,
127,121,116,111,106,103,100,99,99,100,103,106,111,116,121,127,13
3,138,143,148,151,154,155,155,154,151,148,143,138,133,
127,120,114,108,103,99,97,95,95,97,99,103,108,114,120,127,134,14
0,146,151,155,157,159,159,157,155,151,146,140,134,
127,120,112,106,100,96,93,91,91,93,96,100,106,112,120,127,134,14
2,148,154,158,161,163,163,161,158,154,148,142,134,
127,119,111,103,97,92,89,87,87,89,92,97,103,111,119,127,135,143,1
51,157,162,165,167,167,165,162,157,151,143,135,
127,118,109,101,94,89,85,83,83,85,89,94,101,109,118,127,136,145,1
53,160,165,169,171,171,169,165,160,153,145,136,
127,117,107,99,91,85,81,79,79,81,85,91,99,107,117,127,137,147,155
,163,169,173,175,175,173,169,163,155,147,137,
127,116,106,96,88,82,78,75,75,78,82,88,96,106,116,127,138,148,158
,166,172,176,179,179,176,172,166,158,148,138,
127,115,104,94,85,79,74,71,71,74,79,85,94,104,115,127,139,150,160
,169,175,180,183,183,180,175,169,160,150,139,
127,115,103,92,82,75,70,67,67,70,75,82,92,103,115,127,139,151,162
,172,179,184,187,187,184,179,172,162,151,139,
127,114,101,89,79,72,66,63,63,66,72,79,89,101,114,127,140,153,165
,175,182,188,191,191,188,182,175,165,153,140,

127,113,99,87,76,68,62,59,59,62,68,76,87,99,113,127,141,155,167,1
78,186,192,195,195,192,186,178,167,155,141,
127,112,98,85,73,65,59,55,55,59,65,73,85,98,112,127,142,156,169,1
81,189,195,199,199,195,189,181,169,156,142,
127,111,96,82,71,61,55,51,51,55,61,71,82,96,111,127,143,158,172,1
83,193,199,203,203,199,193,183,172,158,143,
127,110,94,80,68,58,51,47,47,51,58,68,80,94,110,127,144,160,174,1
86,196,203,207,207,203,196,186,174,160,144,
127,110,93,78,65,54,47,43,43,47,54,65,78,93,110,127,144,161,176,1
89,200,207,211,211,207,200,189,176,161,144,
127,109,91,75,62,51,43,39,39,43,51,62,75,91,109,127,145,163,179,1
92,203,211,215,215,211,203,192,179,163,145,
127,108,90,73,59,47,40,36,36,40,47,59,73,90,108,127,146,164,181,1
95,207,214,218,218,214,207,195,181,164,146,
127,107,88,71,56,44,36,32,32,36,44,56,71,88,107,127,147,166,183,1
98,210,218,222,222,218,210,198,183,166,147,
127,106,86,68,53,40,32,28,28,32,40,53,68,86,106,127,148,168,186,2
01,214,222,226,226,222,214,201,186,168,148,

25
127,105,85,66,50,37,28,24,24,28,37,50,66,85,105,127,149,169,188,2
04,217,226,230,230,226,217,204,188,169,149,
127,105,83,64,47,33,24,20,20,24,33,47,64,83,105,127,149,171,190,2
07,221,230,234,234,230,221,207,190,171,149,
127,104,81,61,44,30,20,16,16,20,30,44,61,81,104,127,150,173,193,2
10,224,234,238,238,234,224,210,193,173,150,
127,103,80,59,41,27,17,12,12,17,27,41,59,80,103,127,151,174,195,2
13,227,237,242,242,237,227,213,195,174,151,
127,102,78,56,38,23,13,8,8,13,23,38,56,78,102,127,152,176,198,216,
231,241,246,246,241,231,216,198,176,152,

127,101,77,54,35,20,9,4,4,9,20,35,54,77,101,127,153,177,200,219,23
4,245,250,250,245,234,219,200,177,153,
127,100,75,52,32,16,5,0,0,5,16,32,52,75,100,127,154,179,202,222,23
8,249,254,254,249,238,222,202,179,154
};

Giá trị 127 tương ứng với mức 0V của biên độ điện áp ra cấp cho
động cơ.
Các giá trị 0 và 255 tương ứng với đỉnh sóng sin theo chiều (+) và (-)
cấp cho các pha của động cơ.
Với 1 mảng 960 phần tử nêu trên chúng tôi tạo ra được 32 chu kỳ
sóng sin có mức biên
độ khác nhau để tạo ra các tỷ lệ biên độ tương ứng
giữa các pha động cơ, đáp ứng việc điều khiển góc quay 12
0
+ 12
0
+ 12
0
+
Với kỹ thuật điều khiển này chúng tôi có thể thiết kế điều khiển động cơ với
các góc quay xác định nhỏ hơn nữa tùy theo yêu cầu của các ứng dụng.
2.5. Điều khiển kỹ thuật số.
2.5.1. Lựa chọn vi điều khiển.
Qua tìm hiểu một số dòng vi điều khiển đang được sử dụng nhiều trên
thế giới nh
ư: 89Cxx, AVR của Atmel, 68HCxx của Motorola, PsoC của
Cypress, PIC của Microchip, và một số dòng do các hãng khác sản xuất
như: Zilog, NEC, Philips, Fujitsu Chúng tôi lựa chọn dòng PIC của hãng
Microchip do dòng này có khả năng chịu nhiễu cao và cấu hình đủ mạnh

cho ứng dụng của đề tài. Vi điều khiển PIC18F4431 được đóng gói 40 chân
chuẩn DIP nên đầy đủ chân vào – ra khi thiết kế và sau này cho phát triển.
Vi điều khiển này có đầy đủ các tài nguyên như: 1536 byte RAM, 32 kbyte
Flash, 256 byte EEPROM, 3 bộ định thời, các bộ biến đổi ADC 10 bit 9
kênh , DAC_PWM 10 bit, có các giao tiếp như: RS-484, RS-232, LIN1.2,
SPI…