Thiết kế mô hình đóng chai tự động dùng PLC (full)

Đồ án môn học 2 GVHD: Ths Trần Văn Trinh
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 1
Đồ án môn học 2 GVHD: Ths Trần Văn Trinh
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 2
Đồ án môn học 2 GVHD: Ths Trần Văn Trinh
− 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 90
o

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 3
Đồ án môn học 2 GVHD: Ths Trần Văn Trinh
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 (V
AV
). 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.
V
AV
thay đổi từ V
L

đến V
H
tùy theo các độ rộng T
on
và T
off

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.
2.2. Nguyên tắc kiểm tra băng tải tốt xấu:
- Băng tải đen bóng, cứng mềm không quan trọng.

Trang 4
Đồ án môn học 2 GVHD: Ths Trần Văn Trinh
- 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 100
0
C tới 600
0
C.
• 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.
− 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.

Trang 5
Đồ án môn học 2 GVHD: Ths Trần Văn Trinh

• 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 600
0
C 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.
2.3.2. Băng tải con lăng

Trang 6
Đồ án môn học 2 GVHD: Ths Trần Văn Trinh
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
nặng như loại ST-1000, khổ 1 mét có thể lên tới 25Kg/m. Vì vậy thường chỉ dài
150m/cuộn.
• Đặc điểm

Trang 7
Đồ án môn học 2 GVHD: Ths Trần Văn Trinh
− 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.
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.

Trang 8
Đồ án môn học 2 GVHD: Ths Trần Văn Trinh
− 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 150
0

C , 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
θ
θ
=
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.
3. Encoder:

Trang 9
Đồ án môn học 2 GVHD: Ths Trần Văn Trinh
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 10
Đồ án môn học 2 GVHD: Ths Trần Văn Trinh
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 90
o
. 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.

360
0

A
B
Z
Trang 11
Đồ án môn học 2 GVHD: Ths Trần Văn Trinh
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 12
Đồ án môn học 2 GVHD: Ths Trần Văn Trinh
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 13
Đồ án môn học 2 GVHD: Ths Trần Văn Trinh
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…

Trang 14
a o b ba
a b
Hình 1.27: Kí hiệu cửa xả khí
Đồ án môn học 2 GVHD: Ths Trần Văn Trinh
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
Van đảo chiều 4/2

Van đảo chiều 5/2
* Tín hiệu tác động:

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 2
Cửa 1nối với cửa 4
Trang 15
Đồ án môn học 2 GVHD: Ths Trần Văn Trinh
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.
TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU
Kí hiệu nút nhấn tổng quát
Nút bấm

Tay gạt
Bàn đạp
Tác bằng khí nén.
TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU

Trang 16
Đồ án môn học 2 GVHD: Ths Trần Văn Trinh
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
TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU
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
Tác động nam châm điện.
TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU
Trực tiếp


Trang 17
Đồ án môn học 2 GVHD: Ths Trần Văn Trinh
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.
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.
TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU

Trang 18
R
1
0
P
Y
Đồ án môn học 2 GVHD: Ths Trần Văn Trinh
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.
4.6. Cơ cấu chấp hành.
4.6.1. Nhiệm vụ

Trang 19
A
B
•
•
A B
A
•
•
•
B

Đồ án môn học 2 GVHD: Ths Trần Văn Trinh
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.
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

Trang 20
Đồ án môn học 2 GVHD: Ths Trần Văn Trinh
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
5.2. Ưu điểm của động cơ bước
- Góc quay của động cơ tỉ lệ thuận với số xung điều khiển.

Trang 21
Đồ án môn học 2 GVHD: Ths Trần Văn Trinh
- 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. . .
- 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.

Trang 22
Đồ án môn học 2 GVHD: Ths Trần Văn Trinh
- 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)
5.5. Cấu tạo chung của đông cơ bước

Trang 23
Đồ án môn học 2 GVHD: Ths Trần Văn Trinh
- 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 :

Trang 24
Đồ án môn học 2 GVHD: Ths Trần Văn Trinh
M = 2R.Fn

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

Trang 25