Hệ thống pha trộn sơn dùng s7 1200

MỤC LỤC
MỤC LỤC.............................................................................................................................................. I
LỜI CÁM ƠN..................................................................................................................................... III
LỜI MỞ ĐẦU..................................................................................................................................... IV
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN.................................................................................. V
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ PHA SƠN TỰ ĐỘNG..........................................1
1.1. Đặt vấn đề:............................................................................................................................................. 1
1.2. Mục đích nghiên cứu:.............................................................................................................................. 1
1.3. Giới hạn đề tài:....................................................................................................................................... 1
1.4. Hướng thực hiện đề tài:.......................................................................................................................... 2
1.5. Một số mô hình ngoài thực tế................................................................................................................. 2

CHƯƠNG 2:........................................................................................................................................ 4
MÔ TẢ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ................................................................................................... 4
2.1. Quy trình điều khiển máy trộn:................................................................................................................ 4
2.2. Quy trình điều khiển rót sơn:.................................................................................................................. 5

CHƯƠNG 3......................................................................................................................................... 6
CẢM BIẾN VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH............................................................................................. 6
3.1 Thiết bị cảm biến:..................................................................................................................................... 6
3.1.1. Phân loại cảm biến:....................................................................................................................................6
3.1.1.1 Cảm biến tiếp xúc:..............................................................................................................................6
3.1.1.2 Các loại cảm biến không tiếp xúc:.......................................................................................................6
3.1.2. Tìm hiểu một số loại cảm biến:..................................................................................................................7
3.2. Thiết bị đóng cắt:.................................................................................................................................. 10
3.2.1. Khái niệm chung về rơle:..........................................................................................................................10
3.2.2. Các bộ phận (các khối) chính của rơle.....................................................................................................10
3.2.3. Phân loại rơ le:.........................................................................................................................................11
3.2.5. Các thông số của rơle:..............................................................................................................................12
3.2.6. Rơle trung gian:........................................................................................................................................13
3.3 Thiết bị đóng xả van:.............................................................................................................................. 14

3.3.1 Van điện từ................................................................................................................................................14
3.3.2. Tổng quan về động cơ điện một chiều:....................................................................................................16
3.3.2.1. Cấu tạo, phân loại động cơ điện một chiều:....................................................................................16
3.3.2.2. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều.........................................................................................19
3.3.2.3 Ảnh hưởng của các tham số đến đặc tính cơ:..................................................................................21

i


3.3.2.3.1 Ảnh hưởng của điện trở phần ứng:...............................................................................................22
3.3.2.3.2 Ảnh hưởng của điện áp phần ứng:................................................................................................23
3.3.2.3.3 Ảnh hưởng của từ thông...............................................................................................................24
3.3.3. Tổng quan về động cơ giảm tốc...............................................................................................................25

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN......................................................................................... 27
4.1. Giới thiệu về plc s7-1200 và tia portal.................................................................................................... 27
4.1.1. Tổng quan về PLC S7-1200:................................................................................................................. 27
4.1.1.1. Những module phần cứng cơ bản của PLC S7-1200:......................................................................29
4.1.1.1.1. Rack:..............................................................................................................................................30
4.1.1.1.2. Sign Board của PLC S7-1200:.........................................................................................................30
4.1.1.1.3. Module xuất / nhập tín hiệu số:...................................................................................................30
4.1.1.1.4. Module xuất / nhập tín hiệu tương tự:........................................................................................31
4.1.1.1.5. Module truyền thông:...................................................................................................................31
4.1.1.2. Quy trình thiết kế hệ thống điều khiển:..........................................................................................32
4.1.2. Làm việc với phần mềm SIMATIC TIA Portal:......................................................................................32
4.1.2.1.2. Cấu trúc lập trình:.........................................................................................................................33
4.1.2.1.3. Khối tổ chức OB – OGANIZATION BLOCKS:...................................................................................33
4.1.2.1.5. Giới thiệu một số tập lệnh trong S7-1200:...................................................................................34
4.2. Giới thiệu về wincc v12......................................................................................................................... 41
4.3 Giới thiệu về hmi.................................................................................................................................... 44

* HMI là gì?.........................................................................................................................................................44
4.4 Phân công vào ra:................................................................................................................................... 46
4.5 Lưu đồ thuật toán.................................................................................................................................. 47
4.5.1: Thuật toán chọn màu sơn để pha...........................................................................................................47
4.5.2. Thuật toán bơm nước rửa:......................................................................................................................48
4.6. Sơ đồ đấu nối plc s7-1200...................................................................................................................... 49

CHƯƠNG 5....................................................................................................................................... 50
MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM............................................................................................................ 50
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.................................................................56
6.1 Kết luận:................................................................................................................................................. 56
6.2 Hướng phát triển:.................................................................................................................................. 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................................. 57
PHỤ LỤC: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN................................................................................58

ii


LỜI CÁM ƠN
Ngày nay, nước ta đang đẩy mạnh công nghiệp hóa – hiện đại hóa, hội nhập
kinh tế Quốc tế nhằm đưa đất nước phát triển, mục tiêu đến năm 2020 cơ bản trở
thành một nước công nghiệp. Song song với việc chú trọng phát triển các ngành kinh
tế thì việc cập nhật, nắm bắt được công nghệ hiện đại đang ngày càng phát triển của
toàn thể nhân loại là cực kỳ quan trọng. Sinh viên là những chủ nhân tương lai của
Đất nước, của xã hội trong đó Đồ án Tốt nghiệp là dấu mốc quan trọng của sinh viên
trước khi ra trường, đây là kết quả tích luỹ của quá trình học tập, vận dụng những
kiến thức đã học vào thực tế, giúp cho sinh viên hiện thực hóa khả năng sáng tạo của
bản thân, tự tin hơn khi ra trường. Và trong quá trình hoàn thành đề tài tốt nghiệp:
“Hệ thống pha, trộn sơn tự động dùng PLC S7-1200”, bản thân em đã học hỏi được

rất nhiều kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong khi thực hiện đề tài với sự giúp đỡ
nhiệt tình của các thầy cô trong bộ môn Tự Động Hóa - khoa Điện
Tuy đã có nhiều cố gắng trong quá trình thực hiện đề tài nhưng sẽ không tránh
khỏi những sai sót, mong quý thầy cô bỏ qua và giúp đỡ để em có thể hoàn thành tốt
nhiệm vụ và củng cố kiến thức ngày càng vững vàng hơn nhằm trang bị những kiến
thức cần thiết để tạo bước đệm khi ra trường đi làm.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Tự Động Hóa - khoa Điện
đặc biệt là T.S Giáp Quang Huy đã luôn quan tâm, giúp đỡ và tạo những điều kiện
thuận lợi nhất giúp em có thể hoàn thành đề tài này đúng thời hạn được giao.

Đà Nẵng, ngày

tháng năm 2015

Sinh viên thực hiện

TRẦN HOÀI BẢO

iii


LỜI MỞ ĐẦU
Trong công cuộc đẩy mạnh Công nghiệp hóa – hiện đại hóa Đất nước, việc đầu
tư và ứng dụng các dây chuyền sản xuất, tự động hóa nhằm mục đích giảm chi phí sản
xuất và nâng cao năng suất lao động, cho ra sản phẩm chất lượng, đáp ứng nhu cầu
của khách hàng là rất quan trọng. Một trong những ngành đang phát triển mạnh mẽ
hiện nay đó là ngành xây dựng và việc ứng dụng các dây chuyền sản xuất tự động hóa
trong lĩnh vực này cũng không thể thiếu trong đó có công nghệ và kỹ thuật pha, trộn
sơn. Sơn là một trong những nguyên vật liệu chủ yếu trong ngành xây dựng, chủ yếu
là sơn phủ bề mặt nhằm bảo vệ bề mặt đối tượng đồng thời cũng là hình thức trang trí

thẩm mỹ. Chính vì vậy, màu sắc của sơn là một trong những yếu tố được quan tâm
hàng đầu. Đa số việc pha màu hiện nay trên thị trường đều được thực hiện trên
phương pháp thủ công (theo kinh nghiệm). Chính vì vậy độ chính xác không cao, sản
phẩm tạo ra không như mong muốn, tỷ lệ phế phẩm nhiều, năng suất thấp, lãng phí
sức lao động, thời gian…
Để loại bỏ những nhược điểm trên, cũng như để tạo ra những sản phẩm theo
mong muốn, chúng ta ứng dụng, đưa bộ điểu khiển lập trình PLC vào để thực hiện cụ
thể là một dây chuyền sản xuất tự động.Vì vậy em đã nhận đề tài “Hệ thống pha, trộn
sơn tự động dùng PLC S7- 1200” nhằm tìm hiểu kỹ hơn vể dây chuyền đó.
Với những kiến thức học được trong suốt thời gian qua cùng với sự giúp đỡ tận
tình của TS. Giáp Quang Huy và các quý thầy cô, bạn bè và gia đình, chúng em đã
hoàn thành việc nghiên cứu và thi công mô hình “Hệ thống pha trộn sơn tự động
dùng PLC S7 - 1200”. Do kiến thức có hạn, kinh phí hạn hẹp và thời gian không cho
phép nên trong đồ án này chúng em chỉ đi sâu vào các nội dung sau:
• Tổng quan về công nghệ pha sơn tự động
• Mô tả quy trình công nghệ.
• Cảm biến và cơ cấu chấp hành.
• Thiết kế điều khiển
• Kết luận và hướng phát triển đề tài.

iv


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................

.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
............
.................................................................................................................................
Đà Nẵng, ngày … tháng … năm 2015
Giáo viên hướng dẫn

TS. Giáp Quang Huy

v


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Giáp Quang Huy

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ PHA SƠN TỰ ĐỘNG
1.1. Đặt vấn đề:
Hiện nay, đất nước ta bước vào thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hóa, để quá
trình này phát triển nhanh chúng ta cần tập trung đầu tư vào các dây chuyền sản xuất
tự động hóa, nhằm mục đích giảm chi phí sản xuất, nâng cao năng suất lao động và
cho ra sản phẩm có chất lượng cao. Một trong những phương án đầu tư vào tự động
hoá là việc ứng dụng PLC vào các dây chuyền sản xuất. Đối với những tính năng tiện
ích của hệ thống PLC nên hiện nay bộ điều khiển này đang được sử dung rất nhiều
trong các lĩnh vực khác nhau. Một trong những ngành đang phát triển mạnh mẽ nhất
hiện nay đó là ngành xây dựng, và việc ứng dụng PLC vào trong ngành xây dựng là

một việc làm sẽ đem lại hiệu quả cao và rất phù hợp, đặc biệt là trong công đoạn pha
chế sơn
1.2. Mục đích nghiên cứu:
Sơn là một trong những nguyên vật liệu chủ yếu trong ngành xây dựng,chủ yếu
là sơn phủ bề mặt nhằm bảo vệ bề mặt đối tượng sử dụng, đồng thời cũng là hình thức
trang trí thẩm mỹ,chính vì vậy màu sắc của sơn là một yếu tố được quan tâm hàng đầu.
Đa số việc pha màu hiện nay trên thị trường đều được thực hiện trên phương pháp thủ
công (tức theo kinh nghiệm). Chính vì vậy độ chính xác không cao, sản phẩm sản xuất
ra đôi khi không theo mong muốn, tỷ lệ phế phẩm nhiều, năng suất thấp, lãng phí sức
lao động, thời gian, Để loại bỏ những nhược điểm trên. Cũng như để tạo ra những sản
phẩm theo mong muốn, chỉ bằng một thao tác đơn giản, đưa bộ điểu khiển lập trình
PLC vào để thực hiện cụ thể là một dây chuyền sản xuất tự động
1.3. Giới hạn đề tài:
Từ yêu cầu của đề tài, cũng như khả năng về kiến thức chúng em chỉ thực hiện
những công việc sau: Tìm hiểu mô hình Pha màu trong thực tế. Tìm hiểu và nghiên
cứu PLC S7 – 1200. Viết chương trình, chạy chương trình trên PLC (CPU 1214). Tìm
hiểu phần mền Win CC. Viết giao diện bằng phần mền Win CC, kết nối giao tiếp giữa
giao diện Wincc, màn hình HMI và chương trình PLC. Thi công mô hình và phần
cứng.

SVTH: Trần Hoài Bảo_Lớp 10D3

1


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Giáp Quang Huy

1.4. Hướng thực hiện đề tài:

Nghiên cứu mô hình máy pha màu từ các bồn chứa vật liệu cơ bản (các màu cơ
bản và thành phần để tổng hợp nên màu cơ bản) Ấn định sản xuất một số màu (cam,
xanh lá cây, lam, thẩm, chàm) từ các màu cơ bản (đỏ, vàng, xanh). Ấn định sản xuất
lượng sản phẩm được người sử dụng nhập từ giao diện. Sử dụng giao diện để người sử
dụng lựa chọn sản phẩm và tỷ lệ theo các thành phần màu để có một màu theo mong
muốn. Sử dụng các bộ timer để tính thời gian trộn và xả sản phẩm Thông qua PLC để
tác động đóng mở các van cấp nguyên vật liệu và điều khiển động cơ khuấy trộn. Vẽ
giao diện về mô hình và bảng điều khiển, bảng mã màu để dễ dàng trong việc giám sát
và điều khiển. Kết nối giữa giao diện Wincc, giám sát hệ thống qua màn hình HMI và
chương trình PLC. Thi công mô hình và điều khiển mô hình hoàn toàn hoạt động
1.5. Một số mô hình ngoài thực tế

Hình 1.1 Hệ thống pha màu sơn của Seamaster
SVTH: Trần Hoài Bảo_Lớp 10D3

2


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Giáp Quang Huy

Hình 1.2: Hệ thống máy pha màu tự động hiện đại Solite Paint

SVTH: Trần Hoài Bảo_Lớp 10D3

3


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Giáp Quang Huy

CHƯƠNG 2:
MÔ TẢ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

Hình 2.1: Sơ đồ công nghệ
Quá trình vận hành gồm 2 giai đoạn là điều khiển máy trộn sơn và điều
khiển rót sơn.
2.1. Quy trình điều khiển máy trộn:
Sơ đồ công nghệ cho thấy: bình trộn là nơi trộn để tạo ra các màu sơn khác nhau
và cũng là nơi rửa sơn sau khi kết thúc quá trình trộn mẻ đó. Trong sơ đồ cho thấy có
đường ống để đưa ba loại sơn màu khác nhau (Gồm các màu theo thứ tự: Đỏ, vàng,
xanh) làm cơ sở cho việc tạo ra màu sơn mong muốn.
Quy trình làm việc được thực hiện như sau: Trước tiên van xả các loại sơn khác
màu nhau vào bồn, loại sơn thứ nhất được xả vào bình bằng van điện từ 1 trong
khoảng thời gian t1, loại sơn thứ hai được xả vào bình qua van điện từ 2 trong khoảng
thời gian t2, loại sơn thứ ba được xả vào bình bằng van điện từ 3 trong khoảng thời
gian t3. Các van dừng đưa sơn vào bình khi đã bơm đủ khoảng thời gian định sẳn thì
bắt đầu quá trình trộn. Quá trình này được điều khiển bởi động cơ trộn, thời gian là 5
giây. Sau khi trộn xong, sản phẩm được đưa ra rót thẳng vào bình chứa trung gian

SVTH: Trần Hoài Bảo_Lớp 10D3

4


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Giáp Quang Huy

2.2. Quy trình điều khiển rót sơn:
Khâu rót sơn ra hộp được thực hiện sau khi chương trình trộn sơn kết thúc, các
hộp sơn được đặt trên băng tải, có hai cảm biến để báo quá trình rót sơn tự động.
Các cảm biến được dùng trong qua trình rót sơn:
-

Cảm biến 1: báo hộp sơn đã đến đúng vị trí để rót sơn.
Cảm biến 2: báo hộp sơn đến cuối băng tải cần được đưa.

Khi quá trình trộn sơn kết thúc, ta mới thực hiện rót sơn vào hộp. Khi sơn đã
được trộn xong, băng tải chạy để đưa hộp sơn đến đúng vị trí để rót sơn. Cảm biến 1
báo hộp sơn đã đến đúng vị trí thì băng tải ngưng và van rót sơn mở để đưa sơn xuống
hộp trong khoảng thời gian t do ta tính trước để đảm bảo sơn đã được rót đầy vào hộp
thì van đóng lại ngưng rót sơn đồng thời băng tải chạy lại để đưa hộp sơn ra cuối băng
tải và đồng thời hộp sơn tiếp theo cũng đến vị trí rót.

Hình 2.2: Mô hình sao màu RYB
Ở đây ta sẽ nhập số tương ứng với màu cần chọn vào Wincc, màn hình HMI để,
để nó điểu khiển thời gian xả của ba van tương ứng.

SVTH: Trần Hoài Bảo_Lớp 10D3

5


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Giáp Quang Huy

CHƯƠNG 3
CẢM BIẾN VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH


Các thiết bị thường dùng trong hệ thống trộn sơn tự động:

• Cảm biến:
-

Cảm biến nhận biết vị trí: Cảm biến tiệm cận

• Thiết bị đóng cắt mạch điện:
-

Rơ le trung gian.

• Thiết bị đóng xả sơn:
-

Van điện từ.

• Động cơ sử dụng trong hệ thống:
-

Động cơ một chiều.
Động cơ điện một chiều có giảm tốc.

3.1 Thiết bị cảm biến:
Cảm biến được định nghĩa như một thiết bị dùng để biến đổi các đại lượng vật
lý và các đại lượng không điện cần đo thành các đại lượng có thể đo được (dòng điện,

điện thế, điện dung, trở kháng…). Cảm biến là thành phần quan trọng nhất trong một
thiết bị đo hay trong mộ hệ thống điều khiển tự động. Chúng có mặt trong các hệ
thống phức tạp, robot, kiểm tra chất lượng sản phẩm, trò chơi điện tử, vv…
Vấn đề phát hiện vật thể là một trong những vấn đề cơ bản trong đề tài thiết kế,
điều khiển cửa tự động. Để phát hiện vật thể chúng ta có thể áp dụng rất nhiều nguyên
tắc vật lý khác nhau. Sau đây chúng ta sẽ lần lượt tìm hiểu về một số phương pháp
phát hiện vật thể điển hình.
3.1.1. Phân loại cảm biến:
3.1.1.1 Cảm biến tiếp xúc:
- Gắn trực tiếp lên đại lượng cần đo và tín hiệu phát ra của chúng có thể một
đại lượng vật lý có tương quan tỷ lệ với đại lượng đo.
3.1.1.2 Các loại cảm biến không tiếp xúc:
+ Cảm biến điện từ, siêu âm đo khoảng cách, phát hiện vật thể.
+ Cảm biến điện dung.
+ Cảm biến quang học đo khoảng cách phát hiện sự hiện diện.
+ Cảm biến hồng ngoại.
SVTH: Trần Hoài Bảo_Lớp 10D3

6


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Giáp Quang Huy

3.1.2. Tìm hiểu một số loại cảm biến:
1. Cảm biến tiệm cận:
Do tính phổ biến cũng như chức năng, cảm biến tiệm cận được sử dụng nhiều
trong công nghiệp.
Cảm biến tiệm cận dung để phát hiện vật thể kim loại từ tính, kim loại không

từ tính (như Nhôm, đồng…). Sử dụng cảm biến loại điện cảm (Inductivity Proximity
Sensor) và phát hiện vật phi kim sử dụng loại cảm biến tiệm cận kiểu điện dung
(Capacitve Proximity Sensor). Đồng thời có sẵn Model đáp ứng được hầu hết các điều
kiện môi trường lắp đặt: nhiệt độ cao, nhiệt độ thấp, chống nước, chống hóa chất …
Cảm biến tiệm cận là gì?
Cảm biến tiệm cận bao gồm tất cả các loại cảm biến phát hiện vật thể không cần
tiếp xúc như công tắc hành trình mà dựa trên những mối quan hệ vật lý giữa cảm biến
và vật thể cần phát hiện. Cảm biến tiệm cận chuyển đổi tín hiệu về sự chuyển động
hoặc xuất hiện của vật thể thành tín hiệu điện. Có 3 hệ thống phát hiện để thực hiện
công việc chuyển đổi này: hệ thống sử dụng dòng điện xoáy được phát ra trong vật thể
kim loại nhờ hiện tượng cảm ứng điện từ. Hệ thống sử dụng sự thay đổi điện dung khi
đến gần vật thể cần phát hiện, hệ thống sử dụng nam châm và hệ thống chuyển mạch
cộng từ.
*Cảm biến tiệm cận điện cảm

Hình 3.1 Hình ảnh cho cảm biến tiệm cân điện cảm

SVTH: Trần Hoài Bảo_Lớp 10D3

7


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Giáp Quang Huy

Hình 3.2: Cảm biến tiệm cận dung trong đồ án.
Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động của loại cảm biến tiệm cận kiểu điện cảm:

Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lí hoạt động cảm biến kiểu điện cảm
Cảm biến tiệm cận kiểu điện cảm phát hiện sự suy giảm từ tính do dòng điện
xoáy sinh ra trên bề mặt vật dẫn do từ trường ngoài. Trường điện từ xoay chiều sinh ra
trên cuộn dây và thay đổi trở kháng phụ thuộc vào dòng điện xoáy trên bề mặt vật thể
kim loại được phát hiện.
Một phương pháp khác để phát hiện vật thể bằng nhôm nhờ phát hiện pha của tần
số. Tất cả các cảm biến phát hiện kim loại đều sử dụng cuộn dây để phát hiện sự thay
đổi điện cảm. Ngoài ra còn có loại cảm biến đáp ứng xung, loại này phát ra dòng điện
xoáy dưới dạng xung và phát hiện số lần thay đổi dòng điện xoáy với điện áp sinh ra
trên cuộn dây.
Vật thể cần phát hiện và cảm biến khi tiến gần nhau giồng như hiện tượng cảm
ứng điện từ trong máy biến áp.
SVTH: Trần Hoài Bảo_Lớp 10D3

8


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Giáp Quang Huy

*Cảm biến tiệm cân điện dung

Hình 3.3 Hình ảnh cho cảm biến tiệm cận điện dung
Nguyên lý phát hiện của cảm biến loại điện dung:

Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lí hoạt động cảm biến điện dung
Trong cảm biến tiếp cận điện dung, sự có mặt của đối tượng làm thay đối điện
dung C của các bản cực. Cảm biến tiếp cận điện dung cũng gồm bốn bộ phận chính là
cuộn dây và lõi ferit, mạch dao động, mạch phát hiện, mạch đầu ra.

Tuy nhiên cảm biến tiếp cận điện dung không đòi hỏi đối tượng là kim loại.
Đối tượng phát hiện có thể là chất lỏng, vật liệu phi kim loại; thuỷ tinh, nhựa. Tốc
độ chuyển mạch tương đối nhanh, có thể phát hiện đối tượng có kích thước nhỏ,
phạm vi cảm nhận lớn.
SVTH: Trần Hoài Bảo_Lớp 10D3

9


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Giáp Quang Huy

Hạn chế yếu của cảm biến điện dung là chịu ảnh hưởng của độ ẩm và bụi. Cảm
biến tiếp cận điện dung có vùng cảm nhận lớn hơn vùng cảm nhận của cảm biến tiếp
cận điện cảm. Để có thể bù ảnh hưởng của môi trường và đối tượng, cảm biến tiếp cận
điện dung thường có một chiết áp điều chỉnh.
Giá trị điện dung phụ thuộc vào kích thước và khoảng cách của đối tượng. Một
cảm biến tiệm cận điện dung thông thường tương tự như tụ điện với 2 bản điện cực
song song, và điện dung thay đổi giữa 2 bản cực đó sẽ được phát hiện. Một tấm điện
cực là đối tượng cần phát hiện và một tấm kia là bề mặt của cảm biến. Đối tượng có
thể được phát hiện phụ thuộc vào giá trị điện môi của chúng.
3.2. Thiết bị đóng cắt:
3.2.1. Khái niệm chung về rơle:
Rơle là một loại thiết bị điện tự động mà tín hiệu đầu ra thay đổi nhảy cấp khi tín
hiệu đầu vào đạt những giá trị xác định. Rơle là thiết bị điện dùng để đóng cắt mạch
điện điều khiển, bảo vệ và điều khiển sự làm việc của mạch điện động lực.
3.2.2. Các bộ phận (các khối) chính của rơle.
a) Cơ cấu tiếp thu (khối tiếp thu):
Có nhiệm vụ trực tiếp nhận những tín hiệu đầu vào và biến đổi nó thành các đại

lượng cần thiết cung cấp tín hiệu phù hợp cho khối không gian.
b) Cơ cấu trung gian (khối trung gian).
Làm nhiệm vụ tiếp nhận những tín hiệu đưa đến từ khối tiếp thu và biến đổi nó
thành đại lượng cần thiết cho rơle tác động
c) Cơ cấu chấp hành (khối chấp hành):
Làm nhiệm vụ phát tín hiệu cho mạch điều khiển

Hình 3.5: Sơ đồ khối của rơle điện từ.
Các khối trong rơle điện từ (hình 3.2.2.1).
+

Cơ cấu tiếp thu ở đây là cuộn dây.

SVTH: Trần Hoài Bảo_Lớp 10D3

10


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Giáp Quang Huy
+

Cơ cấu trung gian là mạch từ nam châm điện.

+

Cơ cấu chấp hành là hệ thống tiếp điểm.

3.2.3. Phân loại rơ le:

Có nhiều loại rơle với nguyên lý và chức năng làm việc rất khác nhau. Do vậy
có nhiều cách để phân loại rơle.
a) Phân loại theo nguyên lý làm việc gồm các nhóm:
- Rơle điện cơ (rơle điện từ, rơle cảm ứng…)
- Rơle nhiệt.
- Rơle từ
- Rơle số, điện từ, bán dẫn…
b) Phân loại theo nguyên lý tác động của cơ cấu chấp hành:
- Rơle có tiếp điểm: Loại này tác động lên mạch bằng cách đóng mở các
tiếp điểm.
- Rơ le không tiếp điểm (rơle tĩnh): Loại này tác động bằng cách thay đổi
đột ngột các tham số của cơ cấu chấp hành mắc trong mạch điều khiển như:
điên cảm, điện dung, điện trở…
c) Phân loại theo đặc tính tham số vào:
- Rơle dòng điện.
- Rơle điện áp.
- Rơle công suất.
- Rơle tổng trở.
- Rơle định hướng.
d) Phân loại theo cách mắc cơ cấu:
- Rơle sơ cấp: Được mắc trực tiếp vào mạch cần bảo vệ.
- Rơle thứ cấp: Được lắp vào mạch thông qua biến áp đo lường hay biến
dòng điện.
e) Phân theo gia trị và chiều các đại lượng đi vào rơ le:
- Rơ le cực đại.
- Rơ le cực tiểu.

SVTH: Trần Hoài Bảo_Lớp 10D3

11

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Giáp Quang Huy

3.2.4. Đặc tính vào ra của rơle.

Hình 3.6 Đặc tính vào ra của rơle
Quan hệ giữa đại lượng vào và ra của rơ le như hình minh họa.
Khi đại lượng đầu vào X biến thiên từ 0 đến X2 thì đại lượng đầu ra Y= Y1 đến
khi X= X1 thì Y tăng từ Y= Y1 đến Y= Y2 (nhảy bậc). Nếu X tăng tiếp thì Y không đổi
Y= Y2. Khi X giảm từ X2 về lại X1 thì Y= Y2 đến X= X1 thì Y giảm từ Y2 về Y= Y1.
Nếu gọi:
+ X=X2= Xtđ là giá trị tác động rơ le.
+ X=X1=Xnh là giá trị nhả của rơ le.
3.2.5. Các thông số của rơle:
* Hệ số điều khiển rơle:
Tỷ số Kđk = Pđk/Ptđ gọi là hệ số điều khiển của rơle.
- Pđk là công suất điều khiển định mức của rơ le, chính là công suất định mức
của cơ cấu chấp hành.
- Ptđ là công suất tác động, chính là công suất cần thiết cung cấp cho đầu vào
để rơ le tác động.
* Hệ số dự trữ:
Tỷ số Kdt = xlv/xtđ gọi là hệ số dự trữ của rơle. Kdt > 1 khi Kdt lớn càng đảm bảo
rơle làm việc tin cậy.
• Hệ số nhả:
Tỷ số Knh = xnh/xtđ gọi là hệ số nhả của rơle (đôi khi còn gọi là hệ số trở về). Hệ
số Knh luôn nhỏ hơn 1.
Khi Knh lớn, bề mặt rộng của đặc tính rơle ∆x = xtđ-xnh nhỏ, đặc tính rơle dạng

này phù hợp với bảo vệ có tính chọn lọc cao sử dụng trong bảo vệ HTĐ.
Khi Knh nhỏ, bề rộng đặc tính ∆x = xtđ – xnh lớn, đặc tính này thích hợp với rơle
điều khiển và tự động trong truyền động điện và tự động hóa.
SVTH: Trần Hoài Bảo_Lớp 10D3

12


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Giáp Quang Huy

• Thời gian tác động:
Là thời gian kể từ thời điểm cung cấp tín hiệu cho đầu vào, đến lúc cơ cấu chấp
hành làm việc. Với 13ung điện từ là quãng thời gian cuộn dây được cung cấp dòng
(hay áp) cho đến lúc hệ thống tiếp điểm đóng hoàn toàn (với tiếp điểm thường mở) và
mở hoàn toàn (với tiếp điểm thường đóng).
3.2.6. Rơle trung gian:
- Rơ le trung gian được sử dụng rất nhiều trong các hệ thống bảo vệ điện trong
các hệ thống điều khiển tự động.
- Do có số lượng tiếp điểm lớn, vừa thường đóng vừa thường mở. Rơ le trung
gian được sử dụng khi khả năng đóng cắt của rơ le chính không đủ, hoặc chia tín hiệu
từ rơ le chính đến nhiều bộ phận khác nhau của sơ đồ mạch điều khiển.
- Trong các bảng mạch điều khiển linh kiện điện tử, Rơ le trung gian thường
được dùng làm các phần tử đầu ra để truyền tín hiệu cho bộ phận mạch phía sau, đồng
thời cách ly điện áp giữa phần điều khiển thường là điện áp thấp, một chiều (5V, 10V,
12V, 24V) với phần chấp hành thướng là điện áp lớn xoay chiều (220V, 380V).

Hình 3.7 Rơ le trung gian
-

• Những yêu cầu khi chọn rơ le trung gian:
Công suất tiêu thụ nhỏ.
Kết cấu sử dụng đơn giản.
Công suất ngắt của hệ thống là đủ lớn.
Độ bền cơ, độ bền điện của cặp tiếp điểm.
Số lượng cặp tiếp điểm phù hợp với nhu cầu sử dụng.

SVTH: Trần Hoài Bảo_Lớp 10D3

13


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Giáp Quang Huy

Hình 3.8: Rơ le trung gian sử dụng trong đồ án
3.3 Thiết bị đóng xả van:
3.3.1 Van điện từ

SVTH: Trần Hoài Bảo_Lớp 10D3

14


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Giáp Quang Huy

Hình 3.9: Van điện từ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.

Van chính
Đai ốc 4 cạnh
Đường ra dây điện
Cuộn dây phối hợp
Lõi chuyển động
Ốc
Lò xo nén
Piston

• Dòng chất lỏng và khí có thể được điều khiển bằng các van điện từ.
Van điện từ là cơ cấu chấp hành thông dụng nhất. Nguyên lý hoạt động cơ bản là
sự di chuyển lõi sắt (piston) trong cuộn dây. Bình thường piston được giữ bên ngoài
cuộn dây. Khi cuộn dây được cấp điện, cuộn dây sinh ra từ trường hút piston và kéo nó
SVTH: Trần Hoài Bảo_Lớp 10D3

15


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Giáp Quang Huy

vào trung tâm của cuộn dây. Ứng dụng quan trọng nhất của van điện từ là điều khiển
các van khí nén, thủy lực và khóa cửa xe.

Hình 3.10: Nguyên lí làm việc của van điện từ
3.3.2. Tổng quan về động cơ điện một chiều:
3.3.2.1. Cấu tạo, phân loại động cơ điện một chiều:
a. Cấu tạo của động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính: Phần tĩnh và phần
động.
- Phần tĩnh hay stato hay còn gọi là phần kích từ động cơ, là bộ phận sinh ra từ
trường nó gồm có:
+) Mạch từ và dây cuốn kích từ lồng ngoài mạch từ (nếu động cơ được kích từ
bằng nam châm điện), mạch từ được làm băng sắt từ (thép đúc, thép đặc). Dây quấn
kích thích hay còn gọi là dây quấn kích từ được làm bằng dây điện từ, các cuộn dây
điện từ nay được mắc nối tiếp với nhau.
+) Cực từ chính: Là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn
kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện
hay thép cacbon dày 0.5 đến 1mm ép lại và tán chặt. Trong động cơ điện nhỏ có thể
dùng thép khối. Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulông.
Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều
được bọc cách điện kỹ thành một khối, tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ.
Các cuộn dây kích từ được đặt trên các cực từ này được nối tiếp với nhau
+) Cực từ phụ: Cực từ phụ được đặt trên các cực từ chính. Lõi thép của cực từ
phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu tạo
giống như dây quấn cực từ chính. Cực từ phụ được gắn vào vỏ máy nhờ những bulông.
+) Gông từ: Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ
máy. Trong động cơ điện nhỏ và vừa thường dùng thép dày uốn và hàn lại, trong máy
điện lớn thường dùng thép đúc. Có khi trong động cơ điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy.

+) Các bộ phận khác:
SVTH: Trần Hoài Bảo_Lớp 10D3

16


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Giáp Quang Huy

Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây quấn và
an toàn cho người khỏi chạm vào điện. Trong máy điện nhỏ và vừa nắp máy còn có tác
dụng làm giá đỡ ổ bi. Trong trường hợp này nắp máy thường làm bằng gang.
Cơ cấu chổi than: Để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài. Cơ cấu chổi than bao
gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than nhờ một lò xo tì chặt lên cổ góp. Hộp chổi
than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá. Giá chổi than có thể quay
được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ, sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít
cố định lại.
- Phần quay hay rôto: Bao gồm những bộ phận chính sau.
+) Phần sinh ra sức điện động gồm có:
Mạch từ được làm bằng vật liệu sắt từ (lá thép kĩ thuật) xếp lại với nhau. Trên
mạch từ có các rãnh để lồng dây quấn phần ứng.
Cuộn dây phần ứng: Gồm nhiều bối dây nối với nhau theo một qui luật nhất định.
Mỗi bối dây gồm nhiều vòng dây các đầu dây của bối dây được nối với các phiến đồng
gọi là phiến góp, các phiến góp đó được ghép cách điện với nhau và cách điện với trục
gọi là cổ góp hay vành góp.
Tỳ trên cổ góp là cặp trổi than làm bằng than graphit và được ghép sát vào thành
cổ góp nhờ lò xo.
+) Lõi sắt phần ứng: Dùng để dẫn từ, thường dùng những tấm thép kỹ thuật điện
dày 0,5 (mm0 phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng

điện xoáy gây nên. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây
quấn vào. Trong những động cơ trung bình trở lên người ta còn dập những lỗ thông
gió để khi ép lại thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thông gió dọc trục. Trong
những động cơ điện lớn hơn thì lõi sắt thường chia thành những đoạn nhỏ, giữa những
đoạn ấy có để một khe hở gọi là khe hở thông gió. Khi máy làm việc gió thổi qua các
khe hở làm nguội dây quấn và lõi sắt. Trong động cơ điện một chiều nhỏ, lõi sắt phần
ứng được ép trực tiếp vào trục. Trong động cơ điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá
rôto. Dùng giá rôto có thể tiết kiệm thép kỹ thuật điện và giảm nhẹ trọng lượng rôto.
+) Dây quấn phần ứng: Dây quấn phần ứng là phần phát sinh ra suất điện động
và có dòng điện chạy qua, dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách
điện. Trong máy điện nhỏ có công suất dưới vài kW thường dùng dây có tiết diện tròn.
Trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện chữ nhật, dây quấn được cách
SVTH: Trần Hoài Bảo_Lớp 10D3

17


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Giáp Quang Huy

điện cẩn thận với rãnh của lõi thép. Để tránh khi quay bị văng ra do lực li tâm, ở miệng
rãnh có dùng nêm để đè chặt hoặc đai chặt dây quấn. Nêm có thể làm bằng tre, gỗ hay
bakelit.
+) Cổ góp: Cổ góp gồm nhiều phiến đồng có được mạ cách điện với nhau bằng
lớp mica dày từ 0,4 đến 1,2 mm và hợp thành một hình trục tròn. Hai đầu trục tròn
dùng hai hình ốp hình chữ V ép chặt lại. Giữa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng
mica. Đuôi vành góp có cao lên một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn và
các phiến góp được dễ dàng.
b. Phân loại, ưu nhược điểm của động cơ điện một chiều

- Phân loại động cơ điện một chiều
Khi xem xét động cơ điện một chiều cũng như máy phát điện một chiều người ta
phân loại theo cách kích thích từ các động cơ. Theo đó ta có 4 loại động cơ điện một
chiều thường sử dụng:
+) Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Phần ứng và phần kích từ được cung
cấp từ hai nguồn riêng rẽ.
+) Động cơ điện một chiều kích từ song song: Cuộn dây kích từ được mắc song
song với phần ứng.
+) Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp: Cuộn dây kích từ được mắc nối tếp
với phần ứng.
+) Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp: Gồm có 2 cuộn dây kích từ, một
cuộn mắc song song với phần ứng và một cuộn mắc nối tiếp với phần ứng.
- Ưu nhược điểm của động cơ điện một chiều
Do tính ưu việt của hệ thống điện xoay chiều: để sản xuất, để truyền tải..., cả máy
phát và động cơ điện xoay chiều đều có cấu tạo đơn giản và công suất lớn, dễ vận
hành... mà máy điện (động cơ điện) xoay chiều ngày càng được sử dụng rộng rãi và
phổ biến. Tuy nhiên động cơ điện một chiều vẫn giữ một vị trí nhất định trong công
nghiệp giao thông vận tải, và nói chung ở các thiết bị cần điều khiển tốc độ quay liên
tục trong phạm vi rộng (như trong máy cán thép, máy công cụ lớn, đầu máy điện...)
Mặc dù so với động cơ không đồng bộ để chế tạo động cơ điện một chiều cùng cỡ thì
giá thành đắt hơn do sử dụng nhiều kim loại màu hơn, chế tạo bảo quản cổ góp phức
tạp hơn. Nhưng do những ưu điểm của nó mà máy điện một chiều vẫn không thể thiếu
trong nền sản xuất hiện đại.
SVTH: Trần Hoài Bảo_Lớp 10D3

18


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Giáp Quang Huy

+) Ưu điểm của động cơ điện một chiều là có thể dùng làm động cơ điện hay
máy phát điện trong những điều kiện làm việc khác nhau. Song ưu điểm lớn nhất của
động cơ điện một chiều là điều chỉnh tốc độ và khả năng quá tải. Nếu như bản thân
động cơ không đồng bộ không thể đáp ứng được hoặc nếu đáp ứng được thì phải chi
phí các thiết bị biến đổi đi kèm (như bộ biến tần....) rất đắt tiền thì động cơ điện một
chiều không những có thể điều chỉnh rộng và chính xác mà cấu trúc mạch lực, mạch
điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng cao.
+) Nhược điểm chủ yếu của động cơ điện một chiều là có hệ thống cổ góp - chổi
than nên vận hành kém tin cậy và không an toàn trong các môi trường rung chấn, dễ
cháy nổ.
3.3.2.2. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều
a. Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều
Khi cho điện áp một chiều vào, trong dây quấn phần ứng có điện. Các thanh dẫn
có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng làm rôto quay, chiều của lực
được xác định bằng quy tắc bàn tay trái. Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí các
thanh dẫn đổi chỗ cho nhau. Do có phiếu góp chiều dòng điện dữ nguyên làm cho
chiều lực từ tác dụng không thay đổi. Khi quay, các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm
ứng với suất điện động Eư chiều của suất điện động được xác định theo quy tắc bàn
tay phải, ở động cơ chiều sđđ Eư ngược chiều dòng điện Iư nên Eư được gọi là sức
phản điện động. Khi đó ta có phương trình: U = Eư + Rư.Iư
b. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Để thành lập phương trình đặc tính cơ ta xuất phát từ phương trình cân bằng điện
áp của động cơ:
Uư = Eư + (Rư + Rf)Iư = Eư + RIư (1)
Trong đó:
Uư: điện áp phần cứng (V)
Eư: sức điện động phần ứng (V)
Rư: điện trở của mạch phần ứng ( Ω )

Iư: dòng điện mạch phần ứng (A) với Iư = rư + fcf + fb + rct
rư: điện trở cuộn dây phần ứng ( Ω )
fcf: điện trở cuộn dây phần phô ( Ω )
fb: điện trở cuộn dây phần ứng ( Ω )
SVTH: Trần Hoài Bảo_Lớp 10D3

19


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Giáp Quang Huy

rct: điện trở tiếp xúc của chổi điện ( Ω )
Sức điện động Eư của phần ứng động cơ được xác định theo công thức
Eư =

pN
φω = kφω
2πa

→ ω=

Eu
kφ

Trong đó:
p – số đôi cực từ chính
N – số đôi mạch dẫn nhanh song song của cuộn dây phần ứng
φ - từ thông kích từ dưới một cực từ (Wb)

ω - tốc độ góc (rad/s)
k=

pN
- hệ số cấu tạo động cơ
2πa

Từ phương trình (1), ta có:
Eư = Uư - (Rư + Rf)Iư
Chia cả hai vế cho kΦ ta được:
Eu U u Ru − R f
=
−
M
kΦ kΦ
( kΦ ) 2 đt

hay ω =

U u Ru + R f
−
M đt (2) → ω = f (I ) : đặc tính động cơ điện
kΦ (kΦ ) 2

Mặt khác mô men điện từ của cơ điện được xác định bởi:

M đt = kΦ I u suy ra

Iu =

M đt
kΦ

Thế vào (2) ta được:
ω=

U u Ru + R f
−
M đt , ω = f (M ) là đặc tính cơ theo mô men.
kΦ (kΦ ) 2

Nếu bỏ qua tổn thất cơ và tổn thất thép thì mô men trục điện cơ bằng mô men
điện từ, ta kí hiệu là M, nghĩa là: Mđt = Mcơ = M
ω=

U u Ru + R f
−
M đt (3)
kΦ (kΦ ) 2

Giả thiết phản ứng phần ứng được bù đủ, từ thông Φ = const thì phương trình
đặc tính cơ điện (2) và phương trình đặc tính cơ là tuyến tính đồ thị của chúng được
thể hiện như sau:

SVTH: Trần Hoài Bảo_Lớp 10D3

20