KHOA HỌC -KỶ THUẬT ỨNG DỤNG ARDUINO TRONG ĐIỀU KHIỂN MÁY BẺ ĐAI THÉP

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.59 MB, 8 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

Từ khóa: máybẻđaithép, ngành Xây dựng, mạch arduino.

1.Tổng quan

Nhằm để đáp ứng nhu cầu tăng trưởng củangành xây dựng cơng nghiệp và dân dụng, địi hỏi phảicó phương thứcxâydựng, thi cơng nhanh gọn,chính xác và hiệu quả làm việccao. Từ đó thaythế cho các phương thức thi công thủ công, lỗi thời trước đây.

Cùngvới sự phát triển của khoahọc nói chungvà ngành cơ khí nóiriêng. Địi hỏi người cán bộ kỹthuật phải nắm vững kiến thức cơ bản tương đôi

rộng. Đồngthời phải biết vận dụngkiếnthức đóđể giải quyết những vấn đề cụ thể thường gặp trongthựctếsản xuất,trong kỹ thuật, cũng như trong đời sống hằngngày. Một số sản phẩm thép được dùng trong xây dựng dân dụng và cơng nghiệp. (Hình 1)

Hiện nay trên thị trường córất nhiềuloại đai về hình dáng và kíchcỡnhưlàđaihìnhvng,đaihìnhchữ nhật, đaihình tam giác, đai chữc,... Tuy nhiên,phổ biến vẫn là đai hình vng, hình chữ nhật.(Hình 2)

Hình 1: Các sản phẩm thép dùng trong dân dụng và công nghiệp

a. Sản phẩm thép được uốn

Số 5 - Tháng 3/2022 319

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

TẠP CHÍ CƠNG THƯƠNG

Hình 2: Các loại đai trên thị trường

2.Cơ sởlý thuyết

2.1. Động cơ bước

Động cơbước được sử dụng rấtphổ biến. Động cơ bước có mộtsơ'ưu điểmvượt trội như tínhhãmtốt, phương pháp điều khiểnđơn giản và giá thành động cơvà bộ drive rẻ.

2.1.1. Phân loại vàcấutạo độngcơ bước.

Động cơ bước có thể được phân loại dựa theocấu trúc rotohoặc cách cuốndây trên stato.

- Dựa theo câutrúc roto, động cơ bước được chia thành3 loại: (1)Động cơ bước từtrởbiến thiên; (2) Động cơ bước nam châm vĩnh cửu; (3) Động cơ bước lai.

- Dựa theo các cuốn dây trên stato, động cơbướcđược chia thành 2loại: (1) Động cơ bướcđơn cực;(2) Động cơ bướclưỡng cực.

Loại động cơ được sử dụng trong mơ hình của nhóm là loại động cơbước đơncực, sở dĩ chọn loạiđộng cơ này, vì đây là loại động cơ phổbiếntrênthịtrường. Do vậy, nhóm thực hiện chỉ trình bày về cấu tạo độngcơ bước đơncực .

2.1.2.Động cơ bướckiểu đơn cực.

Một kiểu quấn dây phổ biến khác là quấn dây đơn cực. Nó bao gồm 2 cuộn dây trên 1 cực được kết nối saochokhi quấn 1 cuộn dâyđược cấp năng lượng thì cực Bắccủa nam châm được tạo ra, khi cuộn dâycòn lại được cấp năng lượng thì cực Nam được tạo ra. Cách quấn dây kiểu này đượcgọi làđơn cực, bởi vìcựcđiệntính điện, tức dịngđiện,từmạch đến các cuộn dây khôngbao giờ bị đảo chiều. Thiếtkế này cho phép làm đơngiảnmạch điện tử.Tuy nhiên, mômen sinh ra bị giảmkhoảng 30% sovới cuốn dây kiểu lưỡng cực. (Hình 3)

Hình 3: Sơ đồ cuốn dây động cơ đơn cực

2.1.3.Nguyênlý hoạt động và điều khiển động

cơ bước

Khác với những loại động cơ thông thường, động cơbước cần phảicâp xung đến cácdây đầu vào theo thứ tựnhất định thì động cơ mới có thểhoạtđộng. Để có đượcxung điều khiển theo tuầntựcấpvào các dây, mỗiđộng cơbước cầncó mộtdriver chuyên dụng để điều khiển nó. vấn đề nguyên tắc tạo vào điều khiển các xungliên tiếp hay dán đoạn cho các dây vào của động cơ bướcđượcnghiêncứuchitiếtở mục tiếp theo.Mụcnày chỉ trình bày về nguyên tắc cơ bản để động cơbước hoạt động được. Trước tiên, ta xétmộtđộng cơ bước kiểu đơn cực 6 dây ra, đây là loại động cơđượcsử dụngtrong chếtạo mơ hình thực tế. Các thành phầncủađộng cơ gồm có:

- Namchâm vĩnh cửu có 1 cặp cực Bắc - Nam (N-S).

- Stato 200 răng (độ phân giải của động cơ là1.8°), được khiển bởi các cặp cuộn dây A1-A2 vàB1-B2. (Hình 4,5)

Cấu tạo của roto gồm2cực Bắc - Nam bố trídọc

320 SỐ 5 - Tháng 3/2022

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

Hình 4: Bố trí các cuộn dây trong động cơ bước đơn cực

ngơn ngữ lập trình có thể học một cách nhanhchóng ngay cả với người ít am hiểu về điện tử và lập trình. Và điều làm nên hiện tượng Arduinochính là mứcgiá rất thấp và tính chất nguồn mở từphần cứng tớiphầnmềm. (Bảng 1,Hình6)

Hình 5: cấu tạo roto của động cơ bước đơn cực.

Bảng 1. Thông số Arduino

ChipATmega328Điện áp cấp nguồn5V

Điện áp đấu vào(giới hạn)5-20V

Số chân Digital I/O 14 (có 6 chân điểu chế độ rộng xung PWM)

Số chân Analog (Input)6DC Current per I/O Pin40 mADC Current for 3.3V Pin50 mA

SRAM2 KB (ATmega328)EEPROM1 KB(ATmega328)Xung nhip16 MHz

theo trục của roto như hình vẽ. Hai cực được đặtlệch nhau 1 răng. Khi cực A-Al có được cấp điện saochocựcA là cực Bắc và cực AI là cực Nam,khi đi cực A sẽ hútcựcNamtrên roto về gần nhát; đồng thờicực Bắc trên roto sẽ xa cực A nhất vìcó sựbốtrí lệch 1 răng trên roto. Các răng trên A và AI cũng khơng được bố trí đối xứng mà chúng lệchnhau 1 răng. Vậy nên khi cực Bắc của roto xa A nhấtthì nó lại gầnAI nhất, cịn cực Nam của roto gần A nhất thì nó lại xa AI nhất. Như vậy, lực hútgiữa roto và stato là lớn nhất. Roto ln được giữ ở vịtrícố định trong từ trườngcủa stato tạo ra saochotại cùng mộtbảncực trên stato thì mộtcựccủa roto gần nó nhất cịn cựccịn lại thì xa nhất.KhicuộnA-A1 bị ngắt điệnđồng thờicuộn B-B1đượccâpđiện,khi đó từ trườngcủa stato bịlệch đi 3răngbằng với I khoảng chênh lệch giữa cặp A-Al và B-Bl, từtrường này sẽ kéo roto quaylệch đi 1 răng.Cứ tuầntự cấp điện như vậy, ta sẽ tạo ra từ trường quay (quanh trụccủa roto và kéo roto quay hết vòng.

2.2.Bo mạchArduinoUno R3 [2]

Arduino thật ra là một bo mạch vi xử lý được |dùng để lập trình tương tác với các thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ, đèn hoặc các thiếtbị

khác.Đặc điểm nổi bật củaArduinolà môi trườngphát triển ứng dụng cực kỳ dễ sử dụng, với một

Hình 6: Bo mạch Arduno Uno-R3

I2C là thiết bị giao tiếp ngoại vi cho rất nhiềuloại IC khác nhau như cácloạiviđiều khiển 8051, PIC, AVR, ARM, chip nhớ như RAM tĩnh (StaticRam), EEPROM, bộ chuyểnđổi tương tự số (ADC), sô tương tự (DAC), IC điểukhiển LCD, LED,...

Một giao tiếp I2C gồm có 2 dây: Serial Data(SDA) và Serial Clock(SCL). SDA là đường truyềndữ liệu 2 hướng, còn SCL là đường truyền xung đồng hồ và chỉ theo một hướng. Nhưhình vẽ trên.

SỐ5-Tháng 3/2022 321

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

TẠP CHÍ CƠNG THƯƠNG

khi 1 thiết bị ngoại vi kết nối vào đường I2C thì chân SDAcủa nó sẽ nối với dâySDAcủabus,chânSCL sẽ nối với dây SCL. (Hình7)

- Tríchdẫn đoạn code điều khiển:

3.2.Thiết kế - chế tạo các bộ phận máybẻ đai

thép [3]

3.2.1. Bộ phận duỗi thép

Nhiệm vụ: Nắnsắt cuộn tròn thành sắt thẳng.Để nắn sắt cuộn thành sắt thẳng, ta cần phải khống chế2 hướng lực củasắtcuộn đó là hướng Oz vàhướng Oy. Dựa vào cách bố trí các conlăn đặt vng góc nhau giúp khơng chế các bậc tự do của

Hình 8b: mơ phỏng đấu dây các thiết bị với bo Arduino

Bảng 2. Kết nối các thiết bị vào bo mạch Arduino(2)

PinA4A4Kết nối với LCD (chân SDA)PinA5A5Kết nối với LCD (chân SCL)OUTPUT

StepApin77 Động cơ kéo quay theo chiều kim đổng hổStepA pin 88 Động cơ kéo quay ngược

chiểu kim đổng hồStepA pin 99 Động cơ uốn quay theo

chiểu kim đồng hồStepApin 1010 Động cơ uốn quay ngược

chiểu kim đồng hồStepA pin 1111Động cơ cắt đi xuốngStepApin 1212Động cơ cắt đi lên

322Số5-Tháng 3/2022

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

**★ keyboard***SETUP pin 2

(+)pin 3(-) pin4SAVE pin5

START pin6***TB656O***Step A pin 7//kéoDirA pin 8StepB pin 9//uốnDirBpin 10

StepC pin 11 //cắt

DirC pin 12

***LCDI2Ơ**

//definebutton 1 AO//nút nhấn kéo đai

//define button4 A IHnútnấn cắt tới

//define button2 A2//nút nấn cắt tới

//define buttonsA3//nútnhấn cắt lui

boolean Chieuquay- 1;//Quy ước chiều quay trướckhi nhấn nút

boolean buttonStatus4 = 0;

//include <EEPROM.h>

//include <Wire.h>

//include <LiquidCrystalJ2C.h>

LiquidcrystalJ2C lcd(0x27,16,2);HĐ\a chỉ LCDI2C

thép cuộn theo hướng Oz và hướng Oy, chỉ chophép tịnh tiến theohướng Ox.

Bộ duỗi được thiết kế theo tính kế thừa của sản phẩm trên thị trường có sẵn và đã được kiểmnghiệmtrênthực tế.(Hình 9, 10)

3.2.2. Thiếtkế và chếtạo cơcấu cắt

a. Daocắt

Nguyênlý cắt thép bằng áp lực lưỡicắt là dùng 1 vật cứng hơn, bén hơnvà có khả năngchịumịn

Hình 9: Hình 3D khung duỗi

Hình 10: Bộ duỗi đã được hồn thành

để cắt 1 vật mềm hơn vàyếu hơn. Khi cắt ứng suâttập trung tại mép dao là lớn nhất. Cho nên việc chọnvật liệu làm daohết sức quan trọng để đảmbảo được độbền của dao, khảnăngchịumài mịn, tính giịn vừa đủ để đảm bảo dao làm việc trongthời gian dài mà không bị ảnh hưởng. Trên thịtrường hiệnnay cũng có một sốcơng ty bán dao cắt sắt bằng áp lực của một số máy cắt sắt như máy KM25, HQ40,... Tuy nhiên, để phù hợp với đề tàinhóm, đã sử dụng vậtliệu thép thép gió làm lưỡi dao, ghép vàocán dao được làm bằng thépthường.(Hình11)

Hình 11: Dao cắt

Số5-Tháng 3/2022 323

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

TẠP CHÍ CƠNG THƯƠNG

b. Bộ phận cắt

Chuyển động chính của bộ phậncắt là chuyểnđộnglên xuống của vitme mang theo lưỡicắt di chuyển lên xuống. Lực đẩy của bộ truyền vitme tương đốilớn, dođó việc thiếtkế đồ gá và cơcấukẹpchặtphải đảm bảo tínhcứng vững, độ antồn và hiệu quả.(Hình 12,13)

Hình 12: Bộ phận cắt

3.2.3. Thiếtkếvà chê'tạocơ cấu uốn

Cơcấu uốn một trongnhững bộ phận quan trọng của máy, với rất nhiều phương pháp uốn đã được thiếtkếvàthi cơng hoạt động rấthiệuquả. Quatìmhiểu và khảo sátthực tế, nhóm nghiên cứu đã lựa chọn dùngđộng cơ bướcPK599AU đặtnằm ngangvàmang theocơ cấu bẻ chuyển động tịnh tiến kết hợpvới cữchặn tạogóc Uốn90o.(Hình14, 15)

Hình 14: Bộ phận uốn

Hình 13: Bộ phận cắt đà dược hồn thànhHình 15: Bộ phận uốn được hoàn thành

Điểm đáng lưu ý của cơ cấu bẻ là cách gá đặtđộng cơ saocho khi thơi tác dụng thì gócuốn củađaivẫn đạt90°.Sở dĩ tacó điểm lưuý như vậylàvì:

'T Uốn là mộtquá trình biến dạng dẻo có kèmtheobiến dạng đàn hồido tínhchấtđànhồicủa vật liệu. Sau khi uốn biến dạng đàn hồi mất đi kích

324 SỐ5-Tháng 3/2022

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

thước và hình dạng sản phẩm thay đổi sovới kíchthước vàhình dạng của khn, hiệntượng đógọi làhiện tượng đàn hồi sau khi uốn.

JHiệntượng đàn hồi gây ra sựsailệchvề gócuốnvàbánkínhuốn, vìvậy muốnchođai có góc và bán kính uốn đã cho thì bán kính uốn và góc uốn phải thayđổi một lượng đúng bằng trị số đàn hồi.

V Bằng thực nghiệm người ta xác định được

thiết kế, thiết kếtrên phần mềm và gia cơng cơkhí.Các giai đoạn trảiqua địi hỏi thời gian, sự nỗ lực nghiêncứu.

Gia cơng cơ khí là một cơng việckhó khăn địihỏi sựhiểu biết nhất định về cơ khí, tay nghề và phương phápthực hiện.Để gia cơngchính xác một sảnphẩm cơ khí phụthuộc vào nhiều yếutơ'mà đặc biệtlà taynghề và máymóc hiện đại.(Hình 16,17)

W/'nh 16: Hình máy thực tếHình 17: Đai thép đã được bẻ hồn chỉnh

rằng trịsơ' đànhồi phụ thuộcchủ yếu vào loại vậtliệu vàchiều dày vật liệu, hình dáng chitiết uốn, bán kính uô'n tương đôi r/s, lực uốn và phương pháp uô'n.

Bằng phương pháp thực nghiệm nhóm đã thực hiện và tìm ra góclệchkhi đặt động cơ vng gócvớiđai.

3.2.4. Chếtạohồn chỉnh máy

Để hoàn thành máy và đưa máyvào hoạt động phải trải qua nhiều giai đoạn khác nhau từ khảo sát thựctế, đưa ra ý tưởng, lựa chọnphương pháp

4.Kếtluận và kiến nghị

Sử dụng Arduinođể điềukhiển máy bẻ đai với năng suất 6000 đai/ngàyđã mở ra một hướng mới nhằm tăng năng suất, giảm giá thành sản phẩm máy và nhân công thực hiện. Với những thao tác dễ dàng, người công nhân có thể hiệu chỉnh các kíchthước đai thép với chiều rộng, chiều dài tùy ý,nhằm tăng khả năng phục vụ cho các kiểu cơngtrình khác nhau. Ngồi ra, mở ra khả năngcó thểứng dụng điều khiển Arduino trong lĩnh vực sảnxuấtlàđiềurất khả thi ■

TÀI LIỆUTHAM KHẢO:

1. Nguyễn Quang Hùng, Trần Ngọc Bình (2003). Động cơ bước - kỹ thuật điều khiển và ứng dụng. Hà Nội: Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật.

2. Phạm Quang Huy, Nguyễn Trọng Hiếu (2016). Vi điều khiển và ứng dụng Arduino. Hà Nội: Nhà xuât bản Bách khoa Hà Nội.

3. Trịnh Chât, Lê văn Uyển (2000). Tính tốn thiết kế hệ dẫn động cơ khí - tập 1. Hà Nội: Nhà xuất bản Giáo dục.

SỐ5-Tháng 3/2022 325

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

USING THE ARDUINO BOARD

TO CONTROL THE STEEL BENDING MACHINE

Faculty of Engineering and TechnologyTra Vinh University

Steel belt is an indispensable product in the construction industry. Therefore, themanufacturing of steelbelts is verynecessary. Steel belts can bemanufactured manually in small quantitiesforsmall works. However, it requires a spcialized steel bending machine to make a large number ofsteel belts but this bending machine is expensive and heavy, hence it is not suitable for small and mediumworks.As a result,it is essential to usetheArduino board to control the bending machine in order to reduce the machines cost and weight, and also improve themachines performance. This paper studies the using the Arduino board to control the steelbending machine.

Keywords: steel bending machine, construction sector, Arduino board.

32Ó So 5 -Tháng 3/2022

</div>